Иван Антонович Ефремов,

доктор биологических наук, профессор

Тайны прошлого в глубинах времен

Что такое геологическая летопись

Среди всех планет Солнечной системы Земля отличается особенностями, наиболее благоприятными для развития жизни. Эти особенности определяют изменения ее поверхности или геологические процессы.

Размеры планеты — ее масса, достаточно велики, чтобы собственным тяготением удержать вокруг себя толстую атмосферу из легких газов, которые в другом случае улетели бы в межзвездное пространство. Расстояние Земли от Солнца достаточно близко, чтобы ее поверхность получала большое количество тепла и в то же время настолько велико, что солнечные лучи не перегревают планеты, давая возможность водяным парам конденсироваться в водяную оболочку — гидросферу. Более близкие к Солнцу планеты Меркурий и Венера перегреты, более далекие — заморожены.

После охлаждения Земли, как только на ней образовалась постоянная твердая кора и водяные пары выпали из атмосферы, создав Мировой океан, на нашей планете установились условия, благоприятные для формирования осадочных пород и развития жизни. Появление жизни на Земле не случайно — климатические условия и обилие воды создали среду, в которой могли возникать и быть устойчивыми сложнейшие молекулы типа белковых соединений, впоследствии давшие живые организмы.

Атмосфера Земли служит тепловой изоляцией, предохраняя поверхность планеты от резких охлаждений и перегревов, подобно толстой шубе, а также является надежной защитой против разрушительных излучений Солнца (ультрафиолетовых и рентгеновских лучей) и космоса.

До того времени, когда на Земле появилась твердая и устойчивая земная кора, поверхности Земли, в том смысле, как мы ее понимаем сейчас, не существовало. Под воздействием силы тяжести химические соединения и элементы различного удельного веса располагались концентрическими оболочками: более тяжелые — в центральных частях, легкие — в периферической области. Все это окутывалось обширной атмосферой из газов и паров легкоплавких элементов. Переходы между отдельными оболочками были незаметны — постоянно происходили сложные химические реакции, тепловые токи и перемещения. Вполне понятно, что в таких условиях не могло быть каких-либо устойчивых, долговременных образований, способных сохраниться до нашего времени.

Этот период истории Земли может быть сравнен с доисторическим периодом жизни человечества — не существовало никаких достоверных документов и записей, могущих служить надежным источником для исследователя.

Исследования этого периода выполняются методами физико-химии. Астрофизика, геофизика, геохимия — вот те науки, которые могут пролить свет на историю этого, наиболее древнего времени существования Земли. Геология не имеет на руках фактов, документов, чтобы своими методами осветить раннюю историю нашей планеты.

Дальнейшее охлаждение Земли, распределение составляющих ее химических элементов и прекращение бурных физико-хнмичееких реакций привели к образованию твердой, устойчивой земной коры. Едва только земная кора твердым панцирем навеки одела планету и образовала постоянную поверхность между газовой оболочкой и твердыми химическими веществами, как водяные пары покрыли кору водами Мирового океана.

Само собой разумеется, что мы не должны представлять себе земную кору каким-то внезапно возникшим и сразу ставшим устойчивым образованием. Это был очень длительный процесс возникновения отдельных затвердевших участков, которые становились все больше, местами неоднократно распадались или расплавлялись.

Даже после выпадения воды, безусловно, имели место случаи нарушения твердой земной оболочки в различных местах. Для нас важен момент окончательного становления земной поверхности — появление постоянной твердой поверхности планеты и образование океана. С этого момента и начинается геологическая история Земли, а многие миллионы лет спустя — и история жизни.

Момент, когда на земной поверхности появилось в результате очень длительных химических процессов живое вещество, мы можем считать начальным этапом эволюции — великой и непрерывной цепи развития живых существ, приведшей в конце концов к появлению мыслящего существа — человека.

Мы не можем точно датировать время появления жизни на Земле. Во всяком случае это произошло не менее 2 миллиардов лет назад.

За протекший до наших дней громадный промежуток времени поверхность Земли претерпевала бесконечные изменения. Колебательные движения земной коры то выдвигали новые материки, то погружали сушу на дно моря. На материках вздымались огромные горные цепи, увенчанные вечными снегами и ледниками. Вода, ветер и Солнце разрушали эти горы, выравнивая земную поверхность. Реки сносили в моря и материковые впадины огромные количества горных пород: глины, песка, извести. Новые движения земной коры создавали горные хребты, в конце концов тоже размывавшиеся и ложившиеся в размельченном состоянии в виде слоистых пород, осажденных в воде, или, как говорят геологи, осадочных горных пород.

Осадочные породы в отличие от изверженных всегда залегают слоями определенной толщины. Каждый слой соответствует какому-либо отреэку геологического времени, в течение которого он отлагался.

Таким образом, колоссальные массы осадочных пород, накопившиеся на Земле с древнейших времен, соответствуют как бы стопе листов гигантской книги, постепенно накладывавшихся один на другой. Каждый такой слой хранит в себе некоторые особенности, отличающие его от других подобных. По форме и распределению зерен отдельных минералов, по содержанию различных химических веществ, по сложению и окраске мы можем проследить весьма тонкие различия между породами. Эти различия являются отражением тех физико-географических условий, тех механических и химических процессов, которые имели место во время отложения данного слоя породы. Прослеживая эти особенности, мы можем составить представления о ходе геологических процессов в чрезвычайно древние периоды существования Земли.

Условия образования осадочных пород, отраженные в особенностях их строения и химического состава, и есть те письмена, на слоях-листах великой книги природы, по которым мы можем читать историю нашей планеты. Эта задача выполняется исторической геологией при помощи литологии — науки, специально занимающейся изучением осадочных пород.

Но история поверхности нашей планеты неотделима от истории развития жизни на Земле. Как только жизнь в своем развитии достигла того уровня, при котором вместо бесформенных комочков живого вещества возникли независимо действующие и сложные организмы, она повсеместно распространилась. Вся великая постепенная эволюция жизни теснейшим образом связана с эволюцией земной поверхности, с постоянными изменениями лика Земли.

Представим себе, что в силу каких-либо особенных условий земная кора, отвердев, застыла бы навсегда в виде сравнительно ровной поверхности. Тогда общее количество воды, имеющееся на поверхности, распределилось бы равномерно, покрыв всю Землю слоем в два с лишним километра и образовав единый Мировой океан без малейшего участка суши. В таких условиях никогда бы не было наземной жизни, не могли бы появиться дышащие воздухом животные и наземные растения. Вся эволюция жизни приняла бы существенно иной характер.

Но в истории Земли движения земной коры, поднимавшие материки и углублявшие моря, вместе с тем создавали большое разнообразие физико-географических условий. Высокие горы с вечными снегами дают воду даже пустыням, плоскогорья имеют сухой климат даже среди влажных климатических областей. Форма поверхности как материка, так и дна моря, или, как говорят ученые, рельеф земной поверхности, создает самые разнообразные условия для живых существ, обитающих в данной области. Но поверхность Земли, ее рельеф бесконечно изменялись в геологических процессах. Вместе с тем изменялись и физико-географические условия для живых существ.

Если бы мы могли записать изменения Земли на кинопленку и пустить ее с огромной скоростью, мы увидели бы, как пробегали, сменяясь, материки, моря, пустыни, горы, озера, болота, соленые лагуны и могучие реки. Эти великие перемены помогали жизни эволюционировать, развиваться, толкали ее на путь бесконечно долгих и непрерывных изменений.

Вот почему мы говорим, что история жизни неотделима от истории Земли.

Осадочные породы почти всегда сохраняют в себе остатки тех животных или растений, которые жили на Земле в то время, когда образовался данный слой или пласт породы. Следовательно, слои содержат в себе документы истории жизни — сохранившиеся отпечатки, окаменелые остатки, раковины или кости. Расшифровкой этих письмен путем изучения ископаемых органических остатков занимается другая наука — палеонтология.

Очень распространены представления о том, что остатки вымерших ископаемых животных и растений представляют большую редкость. Это утверждение, почему-то сохранившееся со времени первых шагов геологии, нужно считать неправильным. Знаменитые песчаники на берегах Северной Двины содержат целые скелеты громадных ящеров с очень толстыми костями; в известняках Подмосковья множество морских раковин, зубов древних акул и скоплений кораллов; крутые красивые скалы Крыма состоят из остатков мелких морских животных. Почти на каждом шагу, в каждом обрыве, состоящем из древних песчаников, глин, известняков, мы наталкиваемся на окаменелые остатки древней жизни. Современная наука отводит большую роль образованиям органического происхождения в составе осадочных пород земной коры. В народном хозяйстве скопления органических остатков минувших геологических эпох имеют гигантское значение. На обширной территории Советского Союза мы имеем миллиарды тонн каменного угля в Донбассе, Кузбассе, Подмосковье, на Урале, Сибири, Дальнем Востоке. Огромные количества нефти, газа, горючих сланцев, фосфоритов — также продукты превращения колоссальных скоплений органического вещества.

Значительную часть всех осадочных пород составляют такие породы, которые возникли в результате жизнедеятельности различных организмов. Целые горные хребты заполнены раковинными или коралловыми известняками, напластованиями известняков, мела, кремнистых н других сланцев нередко в несколько километров толщины, а зачастую и остатками скорлупок мельчайших морских животных.

Равным образом многие важнейшие в экономическом отношении месторождения марганцевых и железных руд возникли в результате деятельности бактерий в прошлые геологические эпохи.

Действительно, редко встречаются остатки наземных животных, но подчас и они образуют большие скопления. На территории Казахстана, Киргизии и Узбекистана встречаются огромные скопления костей вымерших исполинских ящеров-динозавров. Для примера, одно из них, расположенное в низовьях р. Чу, достигает 40 км в длину при ширине от 5 до 10 км. Здесь нагромождены миллионы тонн окаменелых костей.

В северных районах европейской части Союза среди триасовых пестроцветных пород находится тонкий прослой песчаника, содержащего множество костей древнейших земноводных — стегоцефалов. Площадь распространения этого пласта захватывает тысячи квадратных километров, и количество погребенных в нем костей неисчислимо.

Значение ископаемых органических остатков очень велико и не только для изучения истории самой жизни, но и для исследования развития нашей планеты в смене геологических эпох.

Сравнивая ископаемые остатки, встреченные в различных слоях, мы можем установить относительную древность тех или других отложений, выяснить их геологический возраст и восстановить последовательность найденных страниц летописи. С другой стороны, по облику животных и растений, встречаемых в осадочных породах, мы можем судить об образе их жизни и тем самым восстановить те физико-географические, зачастую и химические, условия, в которых происходило отложение данных пород.

Окаменелые кораллы говорят нам о бывших теплых, тропических морях; превращенные в камень стволы деревьев, сохранившие еще годовые слои, свидетельствуют о смене зим и лет, то есть об умеренном климате; отпечатки колючих растений, — о древних, исчезнувших степях и пустынях… Примеров, подобных этим, можно привести бесчисленное количество.

Такова в общих чертах сущность геологической летописи и общий характер документации истории поверхности Земли. Очевидно, что в идеальном случае непрерывной последовательности напластований осадочных пород в каких-либо областях земного шара мы имели бы полную книгу истории Земли. Все страницы этой книги были бы сложены в последовательном порядке и, так сказать, пронумерованы теми ископаемыми остатками, которые сохранились бы в пластах. Проследить историю Земли и жизни в этом случае было бы сравнительно нетрудным делом.

На самом деле такой геологической документации в действительности не существует и существовать не может. Мы говорили уже о беспрерывных изменениях, которым подвергалась поверхность Земли в течение невообразимо долгих промежутков геологического времени. В этих изменениях накапливавшиеся в морских впадинах слои, состоящие из продуктов размыва материков и гор, в результате движений земной коры смыкались в складки и, выдвигаясь вверх, сами становились горами. Другие области накопления осадочных пород погружались в глубокие зоны земной коры, где под воздействием высокой температуры и колоссального давления полностью изменяли свой прежний облик, перекристаллизовывались, метаморфизовались (метаморфоз по-гречески — превращение). Новые движения земной коры выдвигали их опять на поверхность, в то время как другие породы, отложившиеся на материках, погружались на морское дно. Выдвинутые наверх и образовавшие сушу или горные цепи породы энергично размывались, разрушались и входили в состав новых осадков более позднего времени. В образовавшиеся разломы и трещины земной коры внедрялись расплавленные глубинные породы, образуя большие массивы, жилы или пластообразные излияния, изменяя окружающие породы действием своей температуры и химических испарений.

Эти движения земной коры, или тектонические движения, изучаются особым отделом геологии, называемым геотектоникой. Тектонические движения отражают физико-химические реакции в глубинах земли и вечную перетасовку листов геологической летописи на земной поверхности.

Нельзя забывать, что все современные материалы, на которых мы изучаем геологическую летопись, составляют лишь 29 % изучаемой поверхности. Остальные 71 % скрыты под водами морей и океанов. Равным образом современные материки, в смысле своего геологического строения, представляют собой мозаику из разновременных и разнокачественных геологических отложений. В их состав входят обломки древних материков наиболее ранних эпох существования твердой земной коры, уплотненные, смытые в складки отложения древних морских впадин, пронизанные изверженными породами. Эти древние породы прикрыты более поздними отложениями, часть которых размыта и снесена в океан, а другая часть опущена во впадины и покрыта толщей новейших рыхлых отложений.

На геологических картах породы разных периодов истории Земли обозначаются различными красками. Какой пестрый и сложный узор представляют собой сочетания различных формаций горных пород! Такова эта великая книга в действительности.

Исполинские силы, изменяющие нашу Землю, разброшюровали книгу, уничтожили целые пачки ее листов, смяли и оборвали другие, спрятали под водой значительную часть.

В этом виде чтение нашей книги очень затруднено. Но могучий ум человека в своем неуклонном стремлении к познанию природы не останавливается перед, казалось бы, непосильной задачей, медленно, но верно продвигаясь вперед в восстановлении истории Земли и жизни.

Как научились читать историю земной коры

В предыдущей главе мы пытались окинуть взглядом великую книгу природы. Но и это самое общее представление могло сложиться только в результате упорного труда выдающихся умов как основателей геологической науки, так и оставшихся неизвестными скромных тружеников: мастеров горного дела, землемеров, рудоискателей — бескорыстных наблюдателей.

Геология как наука еще очень молода. Она окончательно оформилась как отдельная, самостоятельная отрасль знания лишь в начале прошлого столетия и существует, таким образом, менее полутора веков.

До этого времени даже наиболее высоко поднявшиеся в культурном отношении народы имели лишь смутное представление о геологической летописи.

Такое состояние знаний не случайно: запутанность и отрывочность великой книги природы затрудняли осмысливание исторического развития Земли. Чтобы научиться ее читать, человечеству пришлось проделать большой путь общего развития и освободиться от предрассудков.

На десятки столетий задержали развитие науки религиозные представления как древнего, так и нового времени. В каждом из них, — возьмем ли мы вавилонские сказания об Издубаре, или греческий миф о Девкалионе, или библейскую историю о всемирном потопе, — мы видим представление о быстром сотворении окружающего мира и затем уничтожение всей прежней жизни всемирным потопом, после которого возникает современный исторический мир.

Это представление долго господствовало в умах людей, и даже геология в течение длительного периода не могла вполне от него отделаться. Очень медленно в человеческие умы проникало понятие об огромной длительности геологического времени, о специфичности, неповторимости изменений поверхности Земли и, наконец, о длительной эволюции органического мира, в результате которой появился человек, как звено в бесконечной цепи развития.

Более или менее достоверные представления о геологическом развитии, дошедшие до нас в письменных источниках, мы находим у древних греков. Ксенофан, живший в VI веке до н. э., писал о нахождении морских раковин в горах, далеко от моря, и делал из этого правильный вывод о затоплении суши морем в древние времена.

Аристотель (IV век до н. э.) в своей «Метеорологии» высказал поразительную по своей проницательности мысль. Одни и те же места не остаются всегда землею, либо всегда морем. Море приходит туда, где прежде была суша; суша вернется туда, где теперь мы видим море. Еще более замечательным было утверждение Аристотеля, что эти изменения следуют одни за другими в известном порядке и представляют какую-то периодичность. Вместе с этими правильными представлениями Аристотель оказал плохую услугу делу познания геологической летописи, утверждая, что раковины сами зарождаются во влажной земле «от теплоты воздуха». Это абсолютно неверное, фантастическое утверждение господствовало в течение очень долгого периода и особенно было принято в средние века как удобное для богословской софистики. Живший на 2 столетия позже Аристотеля известный географ Страбон уже говорил, ссылаясь на находки морских раковин в горах, о колебательных движениях земли и о возникновении новых материков и островов.

После античного периода в течение всего средневековья познание геологической летописи нисколько не продвинулось вперед. Известные еще в древности находки морских раковин в горах объяснялись особым возникновением сходных с животными минералов под воздействием звезд и другими, столь же нелепыми обстоятельствами.

Только великий ученый и художник Леонардо да Винчи воскресил и дополнил правильные представления античных ученых. Он считал, что изменения суши и моря были не внезапны, а происходили постепенно, в течение долгих лет, подобно тому, как происходят и теперь. Отсюда Леонардо да Винчи делает вывод, что ископаемые раковины не попали в горы вследствие наводнений, а являются предшественниками ныне живущих.

Датчанин Стенон во второй половине XVII века уже сравнивает ископаемых животных с современными, различает морские слои от слоев, образовавшихся в пресных водах, и отмечает, что одни слои пород залегают горизонтально, в то время как другие наклонены вследствие действия подземных сил.

Наш великий ученый Ломоносов в своем сочинении «О слоях Земли» значительно опередил современную ему геологическую мысль. Ломоносов уже представлял себе периодические наступления моря на сушу — морские трансгрессии и связывал их с медленными движениями земной коры. Он связывал происхождение гор, континентов и морских пучин с внутренними слоями Земли — «жаром земной утробы». В начале своего сочинения Ломоносов впервые дает анализ земного рельефа, говорит о его происхождении и зависимости от подъема больших участков земной коры. Такие перемены, по выражению Ломоносова, произошли на свете не за один раз, но случались в разные времена, несчетным множеством крат, ныне происходят и едва ли когда перестанут. В этом сочинении Ломоносова мы видим все основы современных геологических представлений и впервые ясно очерченную мысль о большой продолжительности геологического времени.

Но Ломоносов слишком ушел вперед от современного ему, уровня науки и высказанные им взгляды получили признание только после появления труда эдинбургского натуралиста Хеттона «Теория Земли» в 1788 году, во многом уступавшего по широте взглядов труду Ломоносова.

В самом начале XIX века английский землемер Уильям Смит на основании наблюдений над различными слоями осадочных пород обнаружил, что даже для удаленных друг от друга осадочных пластов можно восстановить последовательный порядок напластования, изучая находящиеся в них остатки животных или растений. Основываясь на сходстве или различии погребенных в слоях органических остатков, можно решить вопрос о возрасте слоев. Открытие Смита дало науке возможность читать геологическую летопись. Он нашел способ определять исторический порядок напластования и горизонтальное распространение пород на больших участках земной коры. Смит же предложил отмечать на карте распространение слоев, а также составлять профили или вертикальные размеры земной коры. Так родилась геологическая карта.

Почти одновременно знаменитый французский ботаник и зоолог Ламарк с невиданной доселе ясностью поставил вопрос о значении геологии, геологической летописи для познания истории развития органического мира. Он первый понял, что изучение современных животных и растений не может быть полноценным без изучения древних форм, погребенных в слоях земной коры.

Ламарк считал, что по ископаемым органическим остаткам мы можем судить не только об истории жизни, но и об истории самой Земли. В своей «Гидрогеологии» с удивительной смелостью и проницательностью он отвергает общепризнанный по библейским данным шеститысячный возраст Земли, утверждая, что древность земного шара так велика, что для человека нет никакой возможности оценить ее. Ламарк указал, что для природы время ничего не значит, она всегда имеет его в своем распоряжении и с помощью его производит и самое великое и самое малое. Так постепенно он приходит к представлению о медленном совершенствовании, эволюции живых существ в течение геологических периодов истории Земли.

Великий основатель палеонтологии французский ученый Кювье положил начало точному научному изучению, определению и описанию ископаемых животных. С работами Кювье изучение геологической летописи быстро двинулось вперед. Огромное количество научных фактов и наблюдений, строго систематизированных и объясненных, влилось в фонд геологических знаний, дав основу для развития геологии и палеонтологии в XIX веке. К сожалению, Кювье не принял высказанного Ламарком представления о постепенном и непрерывном развитии органического мира. Он создал теорию катастроф — периодически повторяющихся всеобщих изменений на поверхности Земли, в результате которых все живое погибало и вновь возрождалось новыми творческими актами. Эта теория долго процветала, препятствуя эволюционному учению. Отголоски теории катастроф и поныне встречаются в современных научных работах, разумеется, в сильно модернизованном виде.

Любопытно отметить, что в опубликованных Кювье и его помощником Броньяром работах имеются данные о постепенном исчезновении древних форм животных и смене их в более высоких слоях новыми, близкими к современным. Таким образом, эти палеонтологические исследования говорят об идее постепенного, эволюционного развития жизни, а не о теории катастроф.

В первой половине XIX века английские геологи, особенно Мурчисон и Седжвик, разрабатывают геологическую хронологию, устанавливая постепенную смену одних крупных осадочных пород другими во времени. К 40-м годам в работе англичанина Джона Филипса мы имеем уже законченную в основных чертах геологическую хронологию всех осадочных напластований с подразделениями на эры, периоды и ярусы, близкую к принятой в настоящее время (см. таблицу).

В той же первой половине XIX века великий английский геолог Ляйель опубликовал свои «Основы геологии», отвергавшие учение о катастрофах и положившие начало актуализму — изучению геологических явлений прошлого, основанному на наблюдениях над современными явлениями. Создалась школа «актуалнстов», исходивших из представления о неразрывной цепи геологических процессов в истории Земли, медленно и постепенно изменяющих поверхность планеты. С очевидностью было доказано, что основой ошибки «катастрофистов» — Кювье и его последователей — было отсутствие представления об огромной длительности геологического времени.

Идеи Ляйеля о непрерывном ходе геологических процессов, естественно, должны были привести к представлениям о таком же непрерывном и медленном развитии жизни — эволюционному учению.

Основатель эволюционного учения Дарвин и принял за основу своих исследований указанные выше геологические идеи Ляйеля. В 1859 году появилось его «Происхождение видов», создавшее эпоху во всех биологических науках, обеспечившее быстрое развитие палеонтологии и выделение ее в самостоятельную научную дисциплину.

Помимо величайших заслуг Дарвина в развитии эволюционного учения, ему принадлежат еще очень важные идеи о неполноте геологической летописи. Дарвин показал, что в силу геологических процессов дошедшая до нас летопись Земли должна быть неполной и отрывочной и что в длительно поднимавшихся областях могут быть нацело смыты огромные толщи осадочных пород вместе со всеми погребенными в них органическими остатками. До того как отложились самые первые слои с ископаемыми остатками, жизнь существовала в таких формах, которые, не имея панциря, раковин или костей, не могли сохраниться. Этот период истории жизни был более длительным, чем вся совокупность периодов с ископаемыми остатками.

С момента появления работ Дарвина можно считать установившемся законченное представление о сущности геологической летописи. В дальнейшем развитии геологии и палеонтологии в конце XIX века и в текущем столетии с накоплением огромного количества фактов и наблюдений происходит постепенное разделение геологии на ряд отдельных дисциплин.

Одной из первых выделилась петрография — наука, изучающая изверженные породы, которая в настоящее время все более уклоняется в сторону физико-химии. Осадочные породы составляют поле деятельности литологии.

Чрезвычайно большое развитие, охватывающее наибольшее число работ, получила за последнее время тектоника — наука, изучающая движение масс в земной коре и структуру земной поверхности (геотектоника).

Непосредственно геологической летописью занимается историческая геология с точки зрения истории Земли и палеонтология — с точки зрения истории жизни. Однако сама палеонтология, восприняв дарвиновское учение, превратилась в биологическую дисциплину и тем самым отошла от поля деятельности исторической геологии.

В первой главе мы видели, что слои горных пород возникают в результате взаимодействия самых различных процессов, происходивших и происходящих на земной поверхности. Без геотектонических исследований мы не можем расшифровать те колебательные движения земной коры, которые обусловили поднятия и опускания, а следовательно, и накопление толщ осадочных пород или размывов более древних отложений. Без литологии мы не поймем особенностей образования осадочных пластов, отражающих геологические процессы и климат прошлого. Без палеонтологии для нас чуждым останется значение окаменелостей, вкрапленных в слоях-листах геологической летописи. Без исторической геологии мы утеряем величественную перспективу времени — едва ли не самое главное в упорно и терпеливо собираемых данных.

Процессы накопления осадков на поверхности Земли

Рассмотрим вкратце механизм основных геологических процессов на поверхности Земли и те силы, которые вызывают бесконечные изменения ее лика.

Мы уже говорили о колебательных движениях земной коры, о перемещениях огромных масс, поднимающих материки, сжимающих в складки толщи осадочных пород, выдвигающих горные хребты.

Исследователь, поднимающийся на Эверест — высочайшую гору мира высотой почти 9 км и видящий, что на ее вершине залегают желтые известняки с морскими животными, невольно поражается титаническим силам, поднявшим прежнее морское дно в заоблачные выси.

Инженер, разведывающий уголь в Кузнецком бассейне, испытывает то же ощущение при виде угольных пластов, погребенных под толщей осадочных пород — песчаников, глин и сланцев толщиной или, как говорят геологи, мощностью в несколько километров.

Любой человек, поднявшийся на горные перевалы среднеазиатских хребтов — в Южном Казахстане, Киргизии, на Памире, если вооружится хорошим биноклем, увидит громадные пласты горных пород, смятые в складки, подобные волнам, в десятки километров длины и несколько километров высоты. В других местах такие же огромные складки, опрокинутые набок, разорваны вторично, перемяты. Пласты пород, когда-то залегавшие горизонтально, ныне стоят отвесно или иногда перевернуты «вверх дном».

В горных районах Восточной Сибири человек поразится величиной совсем недавних вертикальных перемещений или сбросов, когда увидит речные галечники, залегающие на дне глубоких впадин и такие же галечники на вершинах горных хребтов, почти отвесными уступами возвышающихся над болотистым дном этих впадин.

Наблюдения над тектоническими перемещениями с их гигантским размахом всегда поражали человеческое воображение, порождая представление о наличии каких-то совершенно исключительных «сверхъестественных» сил, способных выполнить такую чудовищную работу.

Эти явления объяснялись и сжатием земного шара в связи с постепенным остыванием планеты. Предполагалось, что расплавленное ядро Земли уменьшается в размерах, а твердая земная кора, оседая, растрескивается на отдельные куски, поднимающиеся друг на друга и сжимающие верхний покров осадочных пород. Позднее, когда были изучены явления радиоактивного распада химических элементов, вычисления показали, что остывание земного шара в течение запечатленных в геологической летописи эпох слишком незначительно для того, чтобы вызвать всю сумму тектонических явлений.

Более того, появились теории, не менее убедительно доказывающие расширение, увеличение объема нашей планеты.

Несколько раньше были выдвинуты теории перемещения материковых масс как твердых глыб по вязкому слою в глубинных частях земной коры. Материки, скользя по этому слою, наталкиваются друг на друга, сжимают и выдавливают наверх толщи осадков, накопившихся в морях или краевых частях материков.

Для объяснения перемещения, скольжения материков высказывались разнообразные, подчас фантастические предположения, как, например, дрейф материков в западном направлении вследствие вращения Земли, приливные волны, вызываемые во внутренних частях Земли действием лунного тяготения, и т. д. Еще более смелые теории привлекали на помощь космические катастрофы, вроде отрыва Луны от Земли, прохождения поблизости от Земли больших комет, резкого усиления и ослабления излучения Солнца.

Мощь тектонических изменений подавляла человеческое воображение, заставляя обращаться к внешним силам космоса. Основная ошибка, свойственная каждому человеку при наблюдениях над геологическими явлениями, — это применение человеческих масштабов. Едва только мы отрешимся от такого подхода, как сущность каждого явления предстанет перед нами в совершенно ином виде. В самом деле, представим себе все эти сбросы, валы, складки и горы в масштабе Земли, сообразуясь не с размерами человека, а с размерами нашей планеты.

Как известно, радиус Земли равен округленно 6000 км, а окружность по экватору 40 000 км. Все горы для такого масштаба — это ничтожные незаметные бугорки. Самые большие сбросы и складки меньше морщинок на человеческой коже. Тихий океан с его огромными глубинами представляет едва заметную плоскую впадинку, а любой материк приподнимается над уровнем моря на толщину игральной карты.

Попробуйте вычертить поверхность земного шара, сообразуясь с его размерами, и вы сразу же убедитесь, насколько ничтожны все поражающие нас геологические процессы. При громадных массах вещества, составляющего земной шар и лежащего под тонкой пленкой известной нам земной коры, достаточно слабых физико-химических процессов внутри земли, чтобы это немедленно отразилось на ее поверхности.

В химических процессах мы знаем множество таких, при которых разные вещества переходят в другие молекулярные формы, в другое физическое состояние. Такие переходы всегда сопровождаются увеличением или уменьшением объема. А достаточно небольшого, ничтожного, прямо сказать, увеличения объема массы в каком-либо участке нашей планеты, чтобы тонкая пленка, называемая нами земной корой, испытала сильнейшие перемещения и поднятия. Ничтожное уменьшение объема вызовет опускание.

Движение материков на поверхности планеты может вызываться подкорковыми течениями при местных размягчениях глубинных слоев. При чудовищной продолжительности подобных процессов за миллион веков смещения континентов могли быть колоссальными.

Масса вещества Земли так велика, а земная кора с ее движениями, горами и впадинами так тонка, что размеры тектонических нарушений прямо свидетельствуют о чрезвычайно спокойном, уравновешенном состоянии вещества внутри Земли и о крайней медлительности, малой энергии процессов, происходящих в глубинах нашей планеты.

Для сравнения вспомним, что на Солнце в его огненно жидком расплавленном состоянии постоянно наблюдаются так называемые протуберанцы или выступы. Эти протуберанцы представляют собой выбросы раскаленного вещества, взлетающие над поверхностью Солнца на высоту более 500 тыс. км. Даже в сравнении с колоссальными размерами Солнца такие изменения имеют совершенно иной масштаб, чем едва заметные колебания поверхности для нашей планеты.

Итак, для объяснения кажущихся нам гигантскими движений земной коры нам не нужно привлекать какие-либо силы космического порядка. Все колебания и смещения масс на поверхности Земли вызываются процессами изменения агрегатных состояний вещества в глубинах нашей планеты. Вращение Земли и лунное притяжение, конечно, оказывают свое влияние на формирование рельефа земной поверхности, но главным образом воздействуют на перемещения водных масс. Лунному притяжению обязаны приливы и отливы в море, одностороннее подмывание берегов рек — результат вращения Земли.

Таким образом, движения земной коры, создающие неровности нашей планеты, ее рельеф, являются основной первопричиной геологических процессов. Дальнейшее развитие этих процессов получается в результате солнечной теплоты и земного тяготения или силы тяжести.

Солнечная теплота вызывает к жизни круговорот воды на земной поверхности. Испарения океана под действием солнечных лучей насыщают нижние слои атмосферы водяными парами, которые в виде облаков разносятся воздушными течениями и осаждают избыток воды на поверхность материков. Пресная дождевая вода насыщает подпочвенные слои суши, образуя большие запасы грунтовых вод, а избыток воды стекает в моря или большие озера.

Сила, движущая течением воды в реках, есть как раз сила тяжести. Разность высоты поверхности материка и уровня моря и дает возможность проявиться силе тяжести, обращающейся в поступательное движение воды. Чем больше разность высот материка и моря, тем круче падение воды и тем больше скорость ее течения. Всем известно, что в горах реки бурные, бешено несущиеся, а на равнинах, как скажем, у нас в европейской части Союза, реки отличаются медленным спокойным течением.

Человек давно пользуется силой текущей воды, до изобретения паровых машин основной двигательной силой заводов, фабрик, мельниц были водяные колеса.

Там, где течение воды слишком медленное, человек его ускоряет путем постройки плотин. Плотины поднимают воду в реке и тем создают короткий участок крутого спада, по которому вода устремляется с большой скоростью и оказывается в состоянии вращать колеса мельниц или турбины электростанций.

Действие текущей воды на протяжении больших отрезков времени огромно. Вода размывает поверхность материка, разрушает горы, прорезает глубокие и широкие долины и сносит в море колоссальные количества размельченных горных пород в виде песка, глины и ила или частично в растворенном состоянии. Так, Волга только за период половодья (меньше двух месяцев) уносит в Каспийское море около миллиона кубических метров рыхлого материала, а Терек — горная река Кавказа — за один месяц около 20 млн. м 3 осадков. Огромные реки Сибири — Енисей, Обь, Лена — несут еще большие массы пород, Миссисипи ежегодно — 400 млн. т осадков. Растворенные в воде минеральные вещества переносятся в гораздо меньшем количестве, но тоже составляют немалую массу. Дунай в течение года приносит в Черное море углекислой извести около 4,5 тыс. т.

Текущие по поверхности материка воды неуклонно размывают и постепенно понижают его поверхность. Это действие воды называется эрозией, или размыванием. Но не только разрушающей силе проточной воды мы обязаны понижением высоты материков.

Горные породы на поверхности суши разрушаются еще действием так называемого выветривания, опять-таки обязанного совокупности сил солнечной теплоты и земного притяжения. Солнце нагревает обнаженные я горах, казалось бы, несокрушимые, породы и медленно, но верно заставляет их растрескиваться, терять свою плотность. Всякая горная порода состоит из смеси зерен различных минералов с неодинаковыми физическими свойствами, в частности, с неодинаковой способностью расширяться при нагревании. Нагреваясь днем и охлаждаясь ночью, порода растрескивается и под действием силы тяжести скатывается с горных склонов вниз в долины рек, которые затем транспортируют размельченную породу в море.

Немалую роль играет кислород воздуха, заставляющий распадаться минералы горных пород и также опять-таки вода, проникающая по трещинам в глубь породы и ускоряющая разрыхление.

В странах с резкими переменами температуры, с большой дневной жарой и холодными ночами, как, например, в пустынях, процессы разрушения пород выветриванием происходят на глазах наблюдателя. В Сахаре давно известны поющие и ревущие скалы — горные породы, растрескивающиеся от нагрева и издающие разнообразные звуки. Кочевники-арабы, тонкие наблюдатели природы, говорят: «Солнце нашей родины заставляет кричать даже камни», подчеркивая страшную силу солнечного нагрева.

Большую работу по разрушению поверхности материка производят льды, сползающие на склоны гор, выпахивающие глубокие долины и сносящие огромное количество разрушенных пород. Еще большие разрушения производили крупные оледенения, неоднократно покрывавшие огромные площади суши сплошным покровом в прошлые геологические эпохи.

Движения воздуха — ветры, бури и ураганы, представляющие собой тепловые токи в атмосфере и поэтому также обязанные своим возникновением излучению Солнца, тоже разрыхляют породы на поверхности материка и сносят значительные массы горных пород в виде пыли или мелкого песка. Меньшую роль играют размывы берегов морским прибоем, разрыхления пород живыми организмами и работа подземных вод, хотя и эти процессы вносят свою долю в общее разрушение материков.

Вся совокупность перечисленных процессов носит название денудации (от латинского слова denudo — обнажаю). Денудация, следовательно, есть процесс непрерывного разрушения поверхности материка и снос продуктов разрушения в море. Чем выше поднимается материк над уровнем моря, тем круче и выше его горы, тем энергичнее, быстрее будет идти денудация материка.

Действительно, скорость течения рек будет быстрее, снос материала будет идти в большем количестве, соответственно скорее будет снижаться его поверхность. Наоборот, при плоских и низких материках с медленно текущими реками денудация пойдет гораздо медленнее. Мы можем себе представить почти полную остановку денудации в момент, когда высота материка приблизится к уровню моря. Реки перестанут течь и на материке образуется обширная болотистая равнина, едва-едва выступающая над уровнем моря.

Денудационные процессы именно и стремятся к такому выравниванию, к понижению материков. Если бы тектонические движения земной коры не поднимали бы снова и снова материки над уровнем океана, то давно бы земной рельеф представил описанную выше однообразную и безотрадную картину.

Геологические процессы связаны с денудацией — разрушением пород на суше. Это лишь одна сторона исторических преобразований лика Земли. Другая сторона — накопление новых осадков, сносимых с материка в морские бассейны.

Скорость движения воды в верховьях любой реки больше, чем в ее нижнем течении. Подходя к морю или к большому озеру, в которое она впадает, река все больше замедляет свое течение, так как перестает действовать ускорение силы тяжести, проявляющееся вследствие неравенства уровней. Между тем количество переносимого водой рыхлого (нерастворимого) материала, равно как и размеры переносимых частиц находятся в прямой зависимости от скорости течения. Чем больше скорость течения, тем больше и передвигаемые водой частицы. Всем известно, что в горных реках русло загромождено крупными валунами, у быстро текущих рек на дне мы видим нагромождение галек, а в медленных реках нашей русской равнины — Волге, Оке, Москве-реке мы не находим других осадков, кроме песка и ила. Сила земного тяготения заставляет все осадки распределяться в зависимости от скорости течения. Едва только скорость течения воды в реке замедлится хотя бы на самую незначительную величину, из нее сразу же выпадает материал, который по размерам и весу частиц уже не может переноситься дальше.

Исходя из этих соображений, мы можем уже заранее сказать, что в море преимущественно сносится наиболее сильно размельченный материал. Действительно, поверхность морей и океанов на всей Земле представляет для речных вод наиболее низкий уровень, ниже которого никакое течение воды под действием силы тяжести не может иметь места (океанические течения, другое дело). Поэтому по мере приближения к морю реки должны настолько замедлить свое течение, что весь более или менее крупный материал должен выпасть из воды значительно раньше. В действительности мы и наблюдаем, что в дельтах (устьях) рек все принесенные в море осадки состоят из мелкого песка и ила. Исключения составят реки, низвергающиеся непосредственно с гор в море и не проходящие большого пути по равнине, но такие реки, естественно, не могут быть большими.

Впадая в море, река еще некоторое время продолжает течь, образует подводное устье или дельту и откладывает там осадки. Скорость течения все более падает, пока не дойдет до нуля. В строгом соответствии с падением скорости течения, откладываются и осадки. Ближе к берегу моря оседает песок, дальше глина и, наконец, еще дальше растворенные в воде минеральные соли. Если бы поверхность материка оставалась на неизменной высоте над уровнем моря, то такое распределение осадков осталось бы неизменным и по периферии суши кольцевидно залегали бы громадные толщи песка, дальше такая же толща глины и еще дальше известняков. Но с постепенным понижением материка общая скорость реки будет падать и соответственно этому дальность выноса ею осадков в море будет сокращаться. Постепенно на месте глины станут отлагаться известняки, на месте песков — глины, а отложения песка переместятся внутрь материка в устья рек.

Но земная кора не остается в покое, все время происходят небольшие колебания — материк может слегка подняться или дно моря чуть-чуть опуститься. В этом случае скорость реки снова возрастет и над глиной отложатся слои песка, над известняками — глина. Еще большее повышение материка вызовет отложение песка уже на том месте, где раньше отлагались известняки на глине, глина ляжет на последний слой известняка, а известняк отодвинется еще дальше в глубь морского бассейна.

Именно такое чередование различных слоев мы и наблюдаем в геологической летописи. Слои песчаников, глин, сланцев, известняков чередуются, свидетельствуя о вечной подвижности земной коры, о вечной смене характера осадков. По толщине (мощности) слоев мы можем судить о продолжительности тех или других условий осадкообразования. Если слой известняка более толст, чем слой глины или песчаника, мы можем сказать, что отложение при малой скорости течения и, следовательно, при низком уровне материка, продолжалось дольше, чем быстрое течение. Если вдруг над слоями глин и известняков появляются крупнозернистые пески или галечники, мы, можем определенно говорить о происшедшем в это время поднятии суши. В других случаях громадные толщи в сотни метров мощности сложены однообразными породами, представляющими по характеру осадка одни и те же глины, известняки или сланцы. Тогда мы говорим, что в этом месте существовало в течение длительного периода тектоническое равновесие, т. е. суша очень медленно и непрерывно поднималась, а дно моря с равной скоростью опускалось и поэтому разность уровней (кривая: размыва) оставалась в течение длительного времени неизменной. В первой главе мы говорили о громадных толщах осадочных пород мощностью в несколько километров. Очевидно, что для накопления таких масс пород необходимо, чтобы в этом месте происходили, с одной стороны, непрерывное поднятие суши (чтобы было откуда сносить продукты разрушения), с другой — непрерывное опускание моря или озерной впадины, чтобы эти огромные массы сносимых пород могли накапливаться, не завалив собой бассейна и тем самым не прекратив всего процесса.

Всякое отложение слоев геологической летописи является результатом двух противоречивых процессов — разрушения, или денудации, и отложения продуктов денудации или осадконакопления. Более того, всякое движение небольшого участка земной коры неизбежно приводит к созданию выступа и впадины — области разрушения и области накопления. Обе эти области одна без другой существовать не могут и лишь в единстве этих двух противоречий создается великая книга геологической летописи.

Осадочные породы — документы прошлого Земли

В предыдущей главе мы рассмотрели силы и процессы, создающие пласты осадочных пород. Эти процессы изучаются геотектоникой. Она же прослеживает дальнейшую судьбу уже отложенных пород в последующие геологические эпохи. Но любая осадочная порода своим происхождением обязана не только механическому распределению частиц в потоках по силе тяжести. В результате такого механического распределения получаются только рыхлые жидкие осадки, еще очень сильно отличающиеся от тех пород различной плотности, цвета и свойств, которые слагают слои геологической летописи. Каждая осадочная порода является результатом совокупности процессов механического осаждения и той обстановки, в которой данное отложение происходило. Если, например, в жидком песчаном осадке существовала примесь извести или кремнезема, то в конечном результате получатся плотные известковые песчаники или кремнистые песчаники — кварциты. Если в тех же песчаных осадках была примесь солей железа, то в условиях прохладного климата мы получим бурые или темно-серые песчаники, окрашенные черной закисью железа. В жарком климате с энергичным солнечным освещением закись железа превратится в красную окись железа и породы получат красную окраску. Примесь животных или растительных остатков в глинах, где нет доступа воздуху, дает в конечном результате черные, богатые неразрушенным органическим веществом глинистые сланцы.

Зависимость характера осадочной породы от условий осадкообразования очень разнообразна. Вся совокупность условий механических и физико-химических процессов, образовавших данную породу, называется фацией, или лицом осадочной породы, потому что в породе, как в зеркале, отражены условия ее образования. Поэтому при тщательном изучении осадочных пород мы можем в известной степени восстанавливать условия, в которых она образовалась, следовательно, говорить о климате и географических ландшафтах прошлых геологических эпох.

Осадочная порода, состоящая из продуктов разрушения горных пород вместе с примесями тех химических соединений, которые присущи обстановке, в которой образовался этот осадок, не может существовать в этом виде — она неустойчива. Под давлением отложенных выше слоев жидкие осадки начинают уплотняться, теряют воду. Потеря воды ведет к кристаллизации тех веществ, которые существовали в растворе в момент образования осадка. Осадок затвердевает — рыхлые обломки связываются кристаллизующимися веществами в плотную горную породу. Этот процесс представляет собой конечный этап формирования слоев геологической летописи.

Тщательное изучение осадочных пород открывает перед нами скрытые в глубинах прошедших времен условия их образования и, следовательно, воскрешает картины давно исчезнувших географических ландшафтов.

Огромные трудности стоят перед исследователями, работающими в этой области. Прежде всего фации или обстановки, в которых происходит отложение осадков, чрезвычайно разнообразны. Осадки могут быть образованы в горных, степных, лесных озерах и болотах, в долинах рек, в предгорных впадинах, в устьях рек, заливах, лагунах и бухтах, в мелком море и на разных глубинах океана.

Далее, конечные продукты этих фаций — осадочные породы — в последующие геологические эпохи претерпевают разнообразные воздействия, в результате которых первичный вид породы может быть сильно изменен. Породы, выведенные на поверхность земли и только тогда доступные нашему изучению, окисляются, выветриваются, выщелачиваются грунтовыми водами или, наоборот, обогащаются вновь принесенными в растворах минеральными веществами.

Для точного восстановления процессов образования пород необходимо подробно изучить способ образования осадков в настоящее время. Только этим путем, путем сравнения мы можем уловить те тонкие различия в составе пород, которые дадут возможность отнести ее к определенной фации. Необходимы тщательные химические анализы состава пород и подробное изучение составляющих ее компонентов.

На западном склоне Урала проходит обширная полоса медистых песчаников, залегающих среди песчаников, глин и известняков пермского времени, образовавшихся около 200 млн. лет назад. На этих песчаниках в течение XVII, XVIII и XIX веков работали тысячи медных рудников, дававших нашей стране миллионы пудов меди.

Долгое время происхождение медных руд в этих породах оставалось неясным, а следовательно, и не могла быть подведена научная база под поиски и разведку новых месторождений. Вопрос был окончательно решен только методами литологического исследования осадочных пород. Пристальное изучение состава породы показало наличие обломков минералов, свойственных изверженным породам центральной части Уральского хребта. Среди измененных позднейших медных минералов нашлись крошечные частицы халькопирита — медного колчедана, большие месторождения которого и поныне разрабатываются в той же центральной части Урала. Исследование галек конгломератов (окаменелых галечников), залегающих среди песчаников, дало возможность определить дальность их переноса, другие наблюдения установили направление. Все данные совпали и, кроме того, в гальках тех же конгломератов нашлись гальки известняков с морскими раковинками верхнекаменноугольного возраста. Так создалась законченная картина образования медистых песчаников, причем было установлено место, откуда поступали продукты разрушения, и определено время размыва древнего Урала.

На этом маленьком примере, далеко не наиболее разительном, мы видим, чего может добиться литология путем изучения осадочных пород как документов истории Земли.

Напомним, что, помимо своих собственных признаков, осадочные породы содержат еще остатки животных и растений прошлых геологических эпох, изучением которых занимается палеонтология.

Органические остатки залегают в породах в виде разной величины скоплений и состоят обычно из твердых скелетных частей — раковин, хитиновых скорлупок, зубов и костей животных, твердой ткани растений. Мягкие части живых организмов почти не сохраняются в ископаемом состоянии. Лишь в очень редких случаях мы находим отпечатки или слепки мягких частей, выполненные породой, заместившей разложившееся органическое вещество. Твердые или скелетные части переходят в минерализованное состояние, т. е. в такое, в котором органическое вещество заменено теми же самыми минеральными соединениями, образующими цемент, скрепляющий всю породу. В этом виде ископаемые остатки сохраняются миллионы лет, представляя собой, в сущности, ту же осадочную породу, сохранившую лишь форму организма в мельчайших микроскопических деталях.

Рассмотрим судьбу органических остатков в процессах, создающих великую книгу природы.

Пока животное или растение живет, оно находится как бы вне процессов осадкообразования. Живые существа подчиняются иным законам природы, направленным на преодоление влияния окружающей среды путем приспособления к ней.

Но как только живые организмы умирают, они сразу же включаются в великий процесс перемещения, переноса, осаждения и окаменения, вечно происходящий на поверхности Земли. После смерти органические остатки подвержены быстрому разрушению, разложению, слишком быстрому для медленного хода процессов осадкообразования. Поэтому уцелевают лишь твердые, более стойкие скелетные части и то в сравнительно редких случаях. Гораздо большая масса умерших организмов полностью разрушается и входит в процесс осадконакопления только в виде химических соединений.

Значение органических остатков в расшифровке геологической летописи прямо пропорционально их количеству. Прёдставим себе, что нам пришлось бы собирать и восстанавливать растасованную книгу без нумерованных страниц, на каждой странице которой было бы по одной-две буквы. Никакой возможности восстановить смысл написанного мы бы не имели. Точно так же, если бы в слоях-листах геологической летописи залегали лишь редкие, отдельные остатки животных или растений, мы имели бы очень мало шансов даже отыскать их, не говоря уже о дальнейшей расшифровке летописи.

Ископаемые остатки рассеялись бы в огромных массах осадочных пород и потерялись бы в них буквально, как иголки в стоге сена. Поэтому необходимым условием для того, чтобы ископаемые остатки вошли в геологическую летопись, будет наличие их скоплений в больших количествах, что мы в действительности и наблюдаем.

Но скопления больших количеств остатков животных и растений могут получиться лишь в тех случаях, когда существует богатая фауна или флора.

Поэтому само наличие скоплений ископаемых остатков свидетельствует о существовании в прошлые геологические эпохи богатой органической жизни.

Образование подобных скоплений и погребение их получаются в результате сложных и разнообразных процессов. Рассмотрим их вкратце.

Прежде всего нужно отметить существенную разницу в процессах захоронения в море и на суше. В море осадки накапливаются, на поверхности суши древние осадки и другие горные породы размываются и смываются в то же море. Очевидно, что захоронение органических остатков в море должно быть частым явлением, и, наоборот, на суше — редким.

Именно эти соотношения мы и видим в геологической летописи: окаменелые остатки морских животных встречаются несравненно чаще, чем животных наземных. Вследствие этого хронология морских слоев разработана гораздо лучше, чем образовавшихся на материках.

Далее, слои, отложившиеся в море, с захороненными в них органическими остатками, покрываются новыми, образуя непрерывную серию напластования. Осадки, отложенные на материке, в процессе последующей денудации разрушаются, смываются, на суше нет непрерывной последовательности напластований.

Противоположность моря и материка в процессах, создающих геологическую летопись, явно невыгодна для документации истории наземной жизни. Значительная часть морских животных является организмами неподвижными, прикрепленными к дну или пассивно лежащими на дне. Таково большинство животных, имеющих раковину, — моллюсков, плеченогих, брюхоногих, таковы кораллы, губки и мшанки. Многие иглокожие — морские лилии, ежи, звезды — или прикрепляются к дну или чрезвычайно малоподвижны.

При жизни эти животные в местах своего обитания образуют естественные скопления, где отдельные особи встречаются в огромных количествах, зачастую новые и новые поколения нарастают на вымерших в том же самом месте. Таковы коралловые и мшанковые рифы, колонии выделяющих известь водорослей, раковинные банки и т. п.

После смерти вся эта масса животных остается на месте, их раковины и панцири погребаются в накапливающемся на дне моря осадке. Переход из живого состояния в осадок совершается очень просто и не ведет к уничтожению и разрушению скелетных частей при переносе. Другое дело с подвижными, свободно плавающими животными и растениями.

Крошечные организмы, плавающие в свободно взвешенном состоянии в верхних слоях моря — фораминиферы, радиолярии и диатомеи, обладают известковыми или кремнистыми раковинками. После смерти скорлупки этих организмов опускаются на дно океана и попадают в осадок. Количество этих животных велико, а процессы накопления их скорлупок могут быть такими длительными, что образуют подчас громадные толщи осадков — илов, которые впоследствии становятся; известковыми или кремнистыми сланцами. Дно океана, куда не доходят продукты разрушения материков, покрыто осадками, образованными именно из этих скорлупок. Различают по составу фораминиферовые, радиоляриевые и диатомовые илы. Нахождение таких илов, превращенных в сланцы, свидетельствует о том, что в этом месте ранее существовали глубоководные области моря.

Иначе обстоит дело с такими свободно передвигающимися животными, как рыбы, морские млекопитающие — киты, дельфины.

Их несравненно меньше, чем радиолярий или диатомей. После смерти остатки их также опускаются на дно, но не образуют скоплений и рассеиваются, исчезают на колоссальной площади дна океанов. Лишь в редких случаях случаются массовые скопления трупов рыб, когда ветры, течения или подводные извержения загоняют огромные стаи в бухты или лагуны. Нередко массы рыб выбрасываются штормами на берег и тоже образуют скопления.

В геологической летописи мы встречаем слои с остатками рыб, образовавшихся в результате захоронения таких насильственных скоплений, или же малоподвижных рыб, обитавших у берегов или в пресной воде в устьях рек. Остатки быстрых, хорошо плавающих рыб открытого моря, а также китообразных, встречаются чрезвычайно редко.

На материке наблюдаются иные соотношения.

Осадочные породы, как и показывает само их название, образуются осаждением из воды. Вода является основным агентом переноса и осаждения продуктов разрушения горных пород. Вся жизнь на материках, исключая пресноводные организмы, представлена животными и растениями, приспособившимися к жизни в воздушной среде, на поверхности суши, где не образуется устойчивых, постоянных осадочных напластований. Это является полной противоположностью морской жизни, где среда обитания организмов является в то же время средой осадкообразования.

Наземные животные и растения, попадая в зону накопления осадков, оказываются в чуждой для них жизненной среде, в которой они обитать не могли. В обычных условиях останки умерших животных и растений рассеиваются на поверхности материка и подвергаются быстрому разрушению. Для того чтобы эти останки попали в геологическую летопись, надо немедленно после смерти организмов их останки перенести и захоронить в осадке, сохраняющем их от разрушения.

Следовательно, необходимо совпадение случая образования скопления погибших организмов и переноса их останков в область осадконакопления. Например, погибшее от эпизоотии стадо животных должно попасть в область, затопленную при наводнениях, и быть снесенным в низовья реки или устье, где накопляются осадки.

Далее необходимо, чтобы путь переноса не был очень длинен, иначе останки будут разрушены, передвигаясь в русле вместе с галькой или песком. Наконец, необходимо, чтобы останки наземных организмов оказались погребенными в низменных частях материка, поближе к морю или вообще к областям длительных опусканий земной коры. В противном случае дальнейшая денудация материка вскроет и разрушит уже отложенные слои, и останки организмов подвергнутся уничтожению.

Перечисленные особенности захоронения на материках определяют значительно большую редкость нахождения останков наземных животных. Кроме того, очевидно, что из различных представителей наземной жизни на материках преимущественно будут захороняться животные и растения, обитающие в реках и озерах, у берегов рек, вообще поблизости водных бассейнов.

Животные 'и растения, населяющие открытые пространства степей, лесов и гор, очень редко попадают в захоронение, потому что их останки имеют очень мало шансов достигнуть областей осадконакопления в неразрушенном состоянии. Если в море захороняется сравнительно малая часть от всего разнообразия организмов и преимущественно неподвижные формы, то на материках их сохраняется еще меньше.

Если взять современную фауну материков, то можно сказать, что пресноводные рыбы, крокодилы, черепахи, бегемоты, кабаны, тапиры и др. преимущественно сохранятся в будущей геологической летописи, а антилопы, горные козлы, волки, медведи, лесные и степные птицы и т. п. будут редкостью в палеонтологических документах будущего.

Неподвижную часть органического мира составляют главным образом растения. Не обладая способностью передвигаться по поверхности материка, растения тем самым почти не имеют шансов попасть в область длительного осадконакопления. Поэтому захороняются лишь остатки растений, произрастающих непосредственно в тех местах, где происходит накопление осадков. Здесь нагромождаются значительные массы органического вещества, что мы и наблюдаем в месторождениях каменных и бурых углей. Вся остальная часть растительного мира выпадает из захоронения, только отдельные разрозненные остатки веток, стволов и листьев уносятся реками и доходят до областей напластования осадков. Именно такое соотношение мы и видим в документах великой книги природы: с одной стороны, мощные скопления спор, пыльцы, остатков прибрежных лесов и торфяников, с другой — редкие отдельные части растений, несомненно когда-то в огромном разнообразии и количестве покрывавших поверхность материка. Таким образом, в материковой летописи неподвижные жизненные формы в противоположность тому, что наблюдается в море, имеют меньше преимуществ оставить свои следы.

Судьбы исторических документов развития жизни на Земле не исчерпываются захоронением в наслаивающихся осадках. Органические остатки, попав в осадок, сами становятся частью осадочной породы и вместе с ней претерпевают дальнейшие изменения. С уплотнением и минерализацией осадка идет и минерализация скелетных частей, их переход в ископаемое состояние, или фоссилизация.

И тут сохранность органических остатков существенно зависит от химических процессов внутри породы. Если эти химичеcкие процессы неблагоприятны для сохранения органических остатков, например, в осадке много соли, гипса или доломита, или, наоборот, осадок состоит только из механических обломков и не содержит растворенных минеральных солей, органические остатки не окаменевают, не фоссилизируются, а разрушаются и тем самым исчезают из геологической летописи.

Однако, как наблюдается в действительности, несмотря на все трудности сохранения документов истории жизни в осадочных породах, уже найдено огромное количество животных и растительных остатков. Нельзя забывать, что органические остатки, погребенные в слоях осадочных пород, только тогда становятся доступными нашему изучению, когда эти слои непосредственно вскрыты на поверхности суши. Слой, содержащий ископаемых, должен быть поднят на дневную поверхность материка и разрезан долиной реки, оврагом или искусственно обнажен в выемке дороги, тоннеле, штольне. Такой слой мы называем местонахождением, и только он доступен нашему изучению. А сколько еще органических остатков скрыто в глубине, под вышележащими слоями, под дном морей, под льдами полярных стран! Палеонтология обладает колоссальными резервами исторических документов, по мере извлечения которых все шире развертывается величественная картина истории жизни на Земле.

Общие изменения поверхности Земли

В предыдущей главе мы познакомились с основным механизмом, определяющим изменения поверхности Земли, с совокупностью геологических процессов, создающих великую книгу природы.

Возникает вопрос, оставался ли неизменным общий ход геологических процессов в течение сотен миллионов и миллиардов лет? Действительно, геологическая летопись отражает некоторые крупные перемены в ходе геологических процессов.

Рассматривая всю совокупность напластований осадочных пород, мы замечаем, что несколько раз на протяжении истории нашей планеты чередовались эпохи усиленного и ослабленного отложения осадков — будущих горных пород. Эпохи усиленного осадконакопления своим возникновением обязаны более активному поднятию материков, созданию резкой разницы уровней между материком и морем, что вызывало отступление морей, усиление денудации и соответственно энергичное образование осадков. Эти эпохи, называемые эпохами эпейрогенеза (эпейрогенез — образование поднятий), отличаются вообще усиленными движениями земной коры: смятием громадных толщ в складки, внедрением расплавленных изверженных пород, усилением вулканизма. В геологической летописи мы насчитываем в основном шесть таких эпох. Эпохи эпейрогенеза чередовались с эпохами спокойного состояния земной коры, наступлением моря, низким уровнем материков и соответственно более медленным осадконакоплением.

Эпохи эпейрогенеза отличаются более резкими климатическими поясами, в то время как в эпохи спокойствия земной коры почти на всей поверхности земного шара господствовал влажный теплый климат.

К концу эпох эпейрогенеза несколько раз в истории нашей планеты появлялись обширные оледенения, охватывавшие громадные области. Следы этих оледенений в виде масс моренных отложений — глин с валунами или в виде сглаженных, срезанных и исцарапанных поверхностей скал — мы находим уже в древнейшие периоды истории Земли, еще не датированные органическими остатками. Такие же следы обнаружены в самом начале датированной истории жизни в древнекембрийских отложениях и снова в середине палеозойской эры (верхний силур). В конце палеозойской зры и к концу крупной герцинской эпохи эпейрогенеза существовало огромное оледенение, охватившее все материки Южного полушария — Австралию, Антарктиду, большую часть Африки, Южную Америку и распространившееся на Индию.

К концу последней эпохи эпейрогенеза — альпийской — вновь началось большое оледенение, покрывшее мощными ледниками большую часть материков Северного полушария. Это оледенение было геологически недавно; с территории европейской части СССР ледники, доходившие до Черного моря, исчезли около 75 тыс. лет назад. В эту эпоху уже существовал человек и мы, собственно, живем еще в момент окончания этого периода оледенения. Льды Арктики, мощные ледяные покровы Гренландии и антарктического материка — это последние остатки когда-то распространенного ледяного покрова. Поэтому климат нашего времени с его морозами в умеренном поясе, полярными холодами нельзя считать нормальным. Геологическая летопись показывает, что для Земли гораздо более свойствен теплый климат, и эпохи теплого климата были несравненно продолжительнее эпох похолодания.

Через 100 тысяч лет наши потомки будут пользоваться гораздо более приятным климатом, а в нашей стране будут расти пальмы, бананы, ананасы и другие тропические растения.

Помимо указанной периодичности геологических процессов, намечаются другие изменения, постепенно все более усиливающиеся в ходе геологической истории. Таково постепенное увеличение скорости отложения осадков, возрастающей с течением геологического времени. Это ускорение осадкообразования есть результат того, что общая резкость эпейрогенеза — поднятий материков — непрерывно возрастает во времени. Материки делаются выше, а океанические впадины глубже. Вместе с этим происходит сокращение областей длительного опускания, ранее накапливавших колоссальные массы морских осадков. Движениями земной коры осадочные слои этих областей были смяты в складки, подняты в виде гор и вошли в состав материков. Эти области опускания делались все меньше и в современном состоянии земной поверхности занимают незначительное место в сравнении с огромным распространением в древние периоды истории Земли.

Очевидно, что геологические процессы, формирующие великую книгу природы, претерпевают определенную эволюцию и вместе с ними изменяется и характер геологической летописи. Земная кора, как и жизнь на ней, развивается, переходя постепенно к новым формам устойчивости, к новым формам существования.

Причины постепенного изменения характера геологических процессов, как и причины смены эпох эпейрогенеза, спокойствия и возникновения оледенений, чрезвычайно интересуют современную научную мысль. Десятки самых разнообразных теорий пытаются объяснить эволюцию земной коры и примирить противоречия, имеющиеся в фактическом материале геологической практики.

Считают, что прежде сила солнечного излучения была гораздо значительнее и больше была скорость вращения нашей планеты. Равным образом существуют теории смещения полюсов, отрыва луны, удара луны, изменений наклона земной оси. Большое значение по-прежнему придается теории передвижения материков.

Основным недостатком всех этих теорий, так же как и в объяснении тектонических явлений, служит привлечение внешних сил из космоса.

Фактический материал, даваемый геологической летописью, противоречит всякому значительному изменению космической обстановки.

Астрономическая наука отвергает колоссальные изменения в существовании Земли как планеты. Достаточно точные данные астрофизики определенно указывают на то, что сила солнечного излучения не подверглась существенным изменениям за все время существования геологической летописи.

Остатки древнейших животных и растений, в особенности наземных, показывают, что эти сложные и нежные организмы ничем не отличаются в общих, главных принципах своего устройства от современных, и, следовательно, физические условия нашей планеты в основных своих выражениях — давлении, солнечном излучении, силе тяжести, характере атмосферы — вполне соответствовали современным. Строение осадочных пород самых ранних страниц летописи не показывает значительных отклонений от современных типов осадков, следовательно, говорит о том же.

Мы видим выше, что сила солнечного излучения и сила тяжести представляют собою основные движущие силы механизма геологических процессов. Если эти силы заметно не изменялись, то значит претерпела изменения третья главная составляющая сила — колебательные, тектонические движения земной коры, обусловленные физико-химическими процессами в глубинах нашей планеты. По-видимому, именно это и является причиной изменения характера геологических процессов. Мы не знаем еще, какие изменения вещества; происходят в глубинах Земли и можем только предполагать, что они связаны, с одной стороны, с переходом вещества из одних молекулярных форм в другие и, с другой стороны, с процессами радиоактивности и вообще превращениями элементов. Дальнейшие успехи физико-химии и физики атома, безусловно, прольют свет на эти недоступные нам сейчас стороны существования нашей планеты.

Несколько особняком стоит вопрос о громадных оледенениях, периодически повторяющихся в истории Земли, Но и для объяснения этих явлений можно обойтись без привлечения каких-то особенных катастрофических перемен.

Экспериментальные исследования показали, что самое наличие больших, высоко поднятых материковых площадей среди океанов создает условия для повышенной влажности климата и может привести к образованию оледенения. Вспомним, что все периоды оледенений совпадают с конечными, максимальными этапами эпох эпейрогенеза, эпох усиления материковых поднятий и это совпадение, конечно, не случайно. С другой: стороны, имеются астрономические причины, обусловливающие существование периодов известного похолодания.

В небольшой брошюре мы не имеем возможности подробно разобрать эти причины. Перечислим их коротко: a) наклон круга, по которому движется Солнце (эклиптика), колеблется каждые 40 тыс. лет на 2,5° и в зависимости от этого изменяется продолжительность и сила действия солнечных лучей в высоких широтах; b) колебание земной оси, в результате которого получается предварение равноденствий, с периодом в 20 тыс. лет; c) эксцентриситет земной орбиты, обусловливающий то удаление, то приближение к Солнцу, меняется с периодом в 91 тыс. лет, соответственно с чем изменяется длина летних полугодий в южном и северном полушариях и, наконец, d) колебания полюсов, или нутация, периодически достигающие известного максимума.

Астрономические вычисления показали, что, хотя в деятельности каждый из перечисленных фактов имеет сравнительно малое значение для климата нашей планеты, но в случае совпадения всех факторов влияния астрономических причин вполне достаточно для образования ледяных покровов, тем более если оно совпадает с периодом поднятия материков и переменами в океанических течениях. Так, астрономы вычислили длительность последнего оледенения, начавшегося около миллиона лет тому назад, и установили четыре периода максимального развития ледников. Эти вычисления точно совпали с данными геологов.

Неполнота геологической летописи

С изучением великой книги природы все более ясно вырисовывается перед нами грандиозная картина постепенных превращений поверхности Земли как единый, но многосторонний процесс смены поднятий и опусканий, размывов и осадконакоплений, переноса и отложения.

Органический мир нашей планеты также участвовал в ходе изменений, изменяясь сам. Живые существа, обитающие на поверхности нашей планеты и образующие ее живую оболочку, подчиняются тем закономерностям и процессам, которые действуют в этой оболочке — биосфере. Но их остатки, преимущественно твердые — кости, зубы, раковины, древесина, попадают в рыхлые осадки, которые затвердевают, превращаясь в осадочные горные породы: песчаники, известняки и глины. Окаменевая, или, как говорят, фоссилизируясь, остатки животных или растений становятся составными частями горных пород. Следовательно, превращаясь в окаменелости, живые организмы из составных частей биосферы (живой оболочки Земли) становятся частями каменной оболочки Земли (литосферы) и подчиняются закономерностям геологических процессов.

Без познания закономерностей образования геологической летописи нельзя раскрыть до конца эволюцию органического мира. Нельзя понять ни закономерностей сохранения остатков животных и растений, ни подлинного значения доходящих до нас документов.

Огромные пробелы в напластованиях горных пород, отсутствие прямых связей между различными ископаемыми животными и растениями, как бы внезапно появляющимися и также внезапно исчезающими, неизбежно приводили к теории катастроф и признанию актов многократного творения жизненных форм, т. е. к идеалистическому отрицанию эволюционного процесса.

Теперь известно, что неполнота, пробелы в документации истории Земли и жизни возникли закономерно как следствие геологических процессов. Еще в 1940 году было намечено новое направление в исторической геологии и палеонтологии, названное «тафономией» или учением о закономерностях захоронения органических остатков в слоях осадочных пород, а также закономерностях сохранения самих пород в течение геологического времени.

С самых первых шагов исследований, еще в 20-х годах нашего столетия, мы столкнулись с полной загадочностью в вопросах образования очень немногих, тогда мало известных на территории СССР мест залегания окаменелых остатков древнейших наземных позвоночных или, как их называют геологи, местонахождений. Постепенно, год за годом росло число местонахождений, открывались новые животные и целые фауны на разных уровнях геологического времени. В Астраханской области, на горе Богдо, удалось найти остатки древнейших земноводных — стегоцефалов. Эти остатки залегали в известняках, образовавшихся на дне илистой морской бухты триасового времени, около 150 млн. лет тому назад.

Земноводные не могут жить в морской воде, от воздействия соленой воды на их незащищенную кожу нарушается обмен веществ и животные погибают. Значит, остатки земноводных были принесены в морскую бухту откуда-то издалека. Следовательно, мало найти ископаемых в той или другой породе, надо еще понять, как они туда попали, чтобы решить, жили они здесь же или попали сюда далекими странниками. Странниками живыми или мертвыми?

Два последующих года пришлось посвятить изучению северных районов европейской части Союза. Здесь нам повезло, удалось открыть богатейшие местонахождения хорошо сохранившихся древнейших земноводных. Черепа и кости этих животных, хотя и заключенные в твердый песчаник, оказались так прочны и свежи, что можно было, очистив их от породы, изучать как скелеты ныне живущих животных.

Материалы эти впоследствии позволили ленинградскому анатому профессору А. П. Быстрову и мне написать книгу по анатомии древних земноводных, в которой строение скелета столь древних животных было разобрано с небывалой полнотой.

Но самым поразительным было то, что пласт серого песчаника, содержавший кости этих земноводных, оказался распространенным на огромной площади в тысячи квадратных километров от Мезени до Унжи и от Северной Двины до Дона. Колоссальное количество животных было захоронено здесь 170 миллионов лет назад в какой-то относительно короткий промежуток времени. Таким образом, оказалось, что палеонтологические остатки животных столь большой древности, вовсе не являются величайшей редкостью как это нам представлялось ранее. Наоборот, эта гигантская область захоронения — «поле смерти», по своим масштабам соизмерима с крупными геологическими процессами.

Еще более убедительным было исследование скоплений остатков динозавров в Средней Азии. Динозавры — гигантские ящеры, господствовавшие на Земле в мезозойскую эру (эру средней жизни) в период от 120 до 60 миллионов лет назад. Их громадные кости, перепутанные, изломанные и беспорядочно смешанные с крупной. галькой, образуют местами, (вдоль северных подножий Тянь-Шаня) «костяные гряды», в которых залегают сотни тысяч тонн (в гряде Бозабы в низовьях р. Чу миллионы тонн) костей, принадлежавших многим миллионам животных. Если добавить, что подобные скопления, по существу, являются остаточными, уцелевшими от размыва когда-то бывших еще больших скоплений, целых скелетов, то «геологические» масштабы процессов образования местонахождений станут очевидными.

С накоплением опыта изучения местонахождений очень скоро стало ясным, что понять, как образуются местонахождения ископаемых животных без знания и тонкого понимания геологии, невозможно.

Необходимо было вести сопряженные геолого-палеонтологические исследования в местах, где находились интересные местонахождения ископаемых животных. Из них для понимания строения осадочных отложений, вмещающих остатки древнейших позвоночных, особенно много дали работы по пермским красноцветным материковым отложениям Приуралъя. Два года я лазил по заброшенным подземным выработкам старинных рудников, в которых еще в конце XVIII и в начале XIX века наши наблюдательные горняки находили кости интереснейших ящеров, самых древних, какие только были найдены на территории Советского Союза. На стенках в заброшенных рудниках прослеживались мельчайшие подробности напластования пород, расшифровывались процессы их отложения, восстанавливались направления струй древних потоков. И вместе с этим накапливалось все больше сведений для палеонтологии: не только как залегают в породах ископаемые остатки, но и почему они залегают так, а не иначе.

В дальнейшем, с развитием советской науки благодаря возросшим материально-техническим возможностям палеонтологи смогли проводить большие раскопки. Так было раскопано Ищеевское местонахождение — остаток дельты реки, протекавшей на территории Татарии 200 млн. лет назад. В песках этой дельты было найдено множество костей скелетов крупных пресмыкающихся: первых растительноядных ящеров; грызуноподобных ящеров; хищников с огромными зубами; необычайных животных, обладающих одновременно строением земноводных и пресмыкающихся; древних акул; крупных рыб, похожих на нынешних сазанов, но еще более плоских и покрытых толстой эмалевой чешуей.

В Кировской области пробили целую подземную штольню, врезавшуюся в угол древней лагуны, куда были снесены остатки тысяч древних земноводных и рыб, захороненных в крепком белом известняке. На горе у г. Белебея было раскопано болото двухсотмиллионолетней давности, куда потоки во время когда-то бывшего половодья занесли остатки мелких ящеров и крупных крокодилообразных земноводных. И еще другие местонахождения вскрывались широкими площадками; строение их, до той поры загадочное, становилось все более ясным, особенно после дополнительных геологических исследований.

Полученные первые наблюдения помогли понять закономерности образования скоплений ископаемых остатков. Стало ясным, что окаменелости образуются не повсюду в пластах осадочных горных пород, а только там, где во время отложения этих пород были условия приноса остатков не живших на этом месте животных. Для животных или растений, обитавших на месте отложения осадков, их остатки переходили в окаменелости только там, где были условия для их сохранения.

После анализа этих процессов стало ясно, что видовой состав животных и растений, залегающих в данном слое, зависит в очень большой степени от скорости текучей воды, приносившей породу вместе с остатками. Видовой состав животных или растений, живших на месте отложения, зависит больше всего от скорости отложения осадка и его затвердения. Оказалось, что остатки животных и растений не представляют собой исключительной редкости, их присутствие в отложениях закономерно.

Эти и другие закономерности, выявленные при геологическом изучении местонахождений, позволили сделать важное для палеонтологии и геологической практики заключение: вся совокупность остатков животных и растений, найденная в слоях одного геологического времени, не является сколько-нибудь полным отражением животного и растительного мира этого времени. Она получена в результате преобладавших в то время противоречивых процессов отложения и размыва, накопления и разрушения. Наши представления об органическом мире прошлого всегда должны учитывать эту крупную поправку.

Другой поправкой, имеющей важное значение, является понимание того, что материалом для образования окаменелостей служат только наиболее многочисленные виды, а представители редких видов исчезают из геологической летописи. Поэтому палеонтология дает нам только те виды животных и растений, которые были наиболее процветающими в данный отрезок времени, и только те, которые жили вблизи областей отложения. Ни позвоночные, ни насекомые не захороняются в условиях своей жизни потому, что места, где образуются осадочные породы, удалены от непосредственных мест обитания животных. Не следует смешивать этих особенностей захоронения с вторичным залеганием палеонтологических остатков, подвергнутых перемещению уже после своего захоронения.

Иная картина захоронения донных беспозвоночных в море. Эти неподвижные животные или животные с ограниченными возможностями передвижения действительно обитали там, где захоронялись. Однако их массовая гибель и захоронение, как правило, вызывались изменением в накоплении осадков. На месте обитания животных отлагались не те осадки, которые могли бы характеризовать среду обитания. Остатки беспозвоночных животных тоже залегают в отложениях, характерных для их гибели, а не для обитания, с той лишь разницей (от позвоночных), что находятся они непосредственно на месте своей жизни.

Все эти наблюдения пригодны для прогноза находок органических остатков, не только окаменелостей, но и тех, которые имеют первостепенное экономическое значение — угля, фосфоритов. Понимание хода накопления органического вещества, исходного для образования нефти, газа, облегчается с помощью тафономических закономерностей (захоронение органических остатков в горных породах).

Положения тафономии еще не были опубликованы, как их пришлось применить в практике палеонтологических исследований в Центральной Азии.

Большая палеонтологическая экспедиция Академии наук СССР должна была проверить сведения о местонахождениях наземных животных, обитавших на материке, который был на территории Центральной Азии и особенно Монгольской Народной Республики 70 млн. лет назад, и организовать раскопки. Проводившие здесь в 20-х годах исследования американские палеонтологи пришли к заключению, что центрально-азиатский мезозойский материк был, как и сейчас, пустыней, страной с бедным растительным и животным миром. Между тем находки отдельных обломков костей, произведенные советскими исследователями в разных местах Монгольской Народной Республики, говорили о широком распространении местонахождений динозавров и древних крупных млекопитающих.

Применение тафономии позволило уже заранее сделать вывод: поскольку захороняются и переходят в окаменелости только многочисленные, преобладающие виды животных, то это говорит о большой численности их данную эпоху существования.

Но если их было много, то предположение о пустынности Монголии во время жизни динозавров должно быть отброшено, ибо для этих гигантских животных должна была существовать обильная и постоянная кормовая база из богатой растительности, невозможная в пустынной стране.

Так родилось предположение, протнвоположное взглядам американских ученых, что Центральная Азия в меловой период была заболоченной низменностью с множеством воды и богатейшей растительностью. Но отсюда следовало, что в такой стране должны были существовать и самые громадные динозавры, до сих пор там еще не найденные. Исследования и раскопки Монгольской экспедиции подтвердили все эти предположения. Удалось открыть громадные кладбища колоссальных динозавров — растительноядных, хищных, панцирных, найти множество черепах, крокодилов, большие кладбища древнейших болотных млекопитающих более позднего времени.

Среди динозавров оказались виды исполинских зауропод, обитавших на морских побережьях. Также были найдены раковины моллюсков, крупные черепахи морского типа.

Итак, вместо предсказываемой пустыни в Монголии существовала огромная заболоченная низменность в непосредственной близости от моря. Остатки болотных лесов были обнаружены почти повсеместно. Успехи монгольской экспедиции показали, что новое направление в палеонтологии и исторической геологии намечено в общем верно.

Почти до середины нашего века особенно в зарубежной геологии процессы, разрушающие слои горных пород, стирающие и уничтожающие листы геологической летописи, почти не подвергались исследованию. Тем самым неполнота геологической летописи не могла быть раскрытой и оставалась неким символом, удобным для прикрытия слабо обоснованных построений как в исторической геологии, так и в палеонтологии. Только у нас профессор М. М. Тетяев первым обратил внимание на диалектическое единство геологических явлений.

Сформулируем основные выводы:

1. Теперь известно, что геологическая летопись получается в результате непрерывного, но противоречивого процесса накопления и уничтожения.

2. Неполнота геологической летописи закономерна и стоит в прямой связи с колоссальной длительностью геологического времени.

3. За сотни миллионов лет, протекших со времени образования первых глав великой книги природы, очень большое количество уже отложенных осадочных толщ было поднято на поверхность материков и уничтожено денудацией. Можно прямо сказать, что чем более древни листы и главы геологической летописи, тем больше они повреждены временем.

Эта разрушительная роль времени далеко не всегда ясно осознается исследователями и еще меньше осознается, что разрушение осадочных пород все время идет по определенному пути, избирательно уничтожая осадки определенных категорий, определенных фаций.

Очевидно, что в ходе геологических процессов преимущественно сохраняются большие массы осадочных толщ — результаты длительного накопления на больших пространствах. Все маленькие области осадконакопления, отложившие небольшие слои пород, исчезают в чудовищно длительном круговороте изменений поверхности Земли.

Поэтому в геологической летописи преимущественно избирательно сохраняются одни типы осадков, или фации, и также избирательно выпадают другие. Исходя из этих соображений, нетрудно представить, что из наиболее древних листов геологической летописи должны выпасть все материковые отложения, а также пространственно небольшие отложения бухт, заливов, прибрежных отложений и отложений мелкого моря.

В более поздних листах геологической летописи, скажем, относящихся к концу палеозойской или началу мезозойской эры, могут сохраниться не только морские и прибрежные осадки, но и отложения больших озер, дельт (устьев) рек, т. е. уже часть материковых фаций. Еще позже, от конца мезозойской эры и начала кайнозойской, могут дойти до нас уже более разнообразные материковые отложения и все мелкие морские.

Именно с такими соотношениями мы сталкиваемся в действительности. Мы не знаем материковых осадков в геологической летописи древнепалеозойских отложений (500 — 600 млн. лет назад). От этого времени сохранились только огромные толщи морских отложений. В верхнем палеозое (300 — 200 млн. лет назад) известны уже типичные дельтовые материковые отложения и отложения больших материковых впадин, а также отмечено разнообразие мелководных морских осадков. В мезозойскую эру (100 миллионов лет назад) и особенно в кайнозойских (50 миллионов лег назад) отложениях разнообразие сохранившихся отложений еще более возрастает.

Таким образом, из противоречивого процесса образования геологической летописи, создающего, с одной стороны, все новые слои, а с другой — разрушающего старые, выявлена относительность значения ее документов.

Поэтому, если мы не нашли материковых отложений в летописи древнего палеозоя, это еще не доказывает отсутствия в то время материков. Если не обнаружены разнообразные материковые осадки в верхнем палеозое, то и этот факт не может служить указанием на особенный характер материков того времени, их очень низкое расположение в отношении уровня морей.

Данная избирательность сохранения ископаемых остатков древней жизни сильнейшим образом отзывается на полноте наших представлений о многообразии и изменчивости животных и растений прошлых геологических эпох.

За сотни миллионов лет сменились триллионы поколений жнвотиых и растений. Это неисчислимое количество живых существ обусловило накопление колоссальных биомасс, частично перешедших в летопись, и дало возможность создания общей картины развития жизни на Земле. Несмотря ни на что, общее количество сохранившихся ископаемых остатков чудовищно велико.

Новые методы исторической геологии

Одно и то же явление существенно изменяет свой характер в зависимости от времени, в котором оно протекает, и это особенно важно тогда, когда мы имеем дело с геологическим или астрономическим временем огромной длительности.

Самый простой способ определения геологического времени при помощи палеонтологии — по остаткам ископаемых животных и растений неточен и страдает многими существенными недостатками.

Применение новейших методов физики и химии в исторической геологии составляет главный стержень будущего этой науки и прежде всего открывает новые возможности в измерении геологического времени.

Уже довольно давно известен способ исчисления абсолютного геологического времени по радиоактивному распаду содержащихся в некоторых редких минералах урана или тория и превращения их или радия в свинец и гелий. Этот способ дал возможность впервые вычислить возраст Земли и грубо определить относительную длительность важнейших периодов геологической истории земной коры.

С дальнейшим развитием физики выяснилось, что почти каждый химический элемент имеет по несколько изотопов — разновидностей с одинаковыми зарядами ядер. Многие изотопы радиоактивны и могут служить для измерения абсолютного времени по скорости своего распада. Уже применяются и служат проверкой урановых геологических часов изотопы калия, рубидии и углерода.

Но радиоактивные вещества распадаются с различной скоростью. Поэтому, если время их возникновения, появления в данной горной породе, морском осадке, животных или растительных остатках было не настолько древним, чтобы элемент мог успеть нацело распасться, мы можем измерять с довольно большой точностью разные отрезки геологического времени.

Например, радиоактивный C 14, возникающий под воздействием космического излучения в верхних слоях атмосферы из обычного C 12, распадается наполовину или, как говорят физики, обладает периодом полураспада в 18 тыс. лет. Очевидно, что этим изотопом мы можем измерять время геологически недавнее, а исторически очень древнее. Так, с помощью анализов был установлен возраст костей мастодонтов, древесины в ископаемых торфяниках, предметов материальной культуры человека разных народов и времен, вещей в гробницах фараонов, зерен пшеницы из Вавилона и т. д. Полученные цифры показали малое расхождение с историческими свидетельствами, например, с датами древнеегипетской истории, вычисленными астрономически по указаниям на затмения Солнца, луны и восхождения звезд.

Радиоактивный изотоп ионий обладает периодом полураспада в 300 тыс. лет и может послужить для измерения геологических отложений позднечетвертичного времени. С помощью иония ведутся любопытные работы по определению возраста осадков на дне ряда морей и океанов, показавшие, как относительно недавно появились некоторые океанские образования.

Как бы ни были еще несовершенны эти методы, очевидно, что за ними огромное будущее. С развитием физико-химических исследований удастся подобрать большое количество изотопов с самыми различными периодами полураспада, с помощью которых мы измерим геологическое время в разных эпохах прошлого Земли. Значение этого для познания истории Земли и жизни не требует пояснения.

Не только время может быть измерено при помощи радиоактивных изотопов. Изотопический состав какого-либо элемента, иными словами, процентное соотношение разных его изотопов в каком-либо минеральном образовании (руде, горной породе и т. п.) может многое сказать нам об условиях, в которых образовывался минерал.

Недавно разработан способ определения температуры окружающей среды по содержанию радиоактивного изотопа O 18. Пользуясь этим, еще ждущим дальнейшего усовершенствования методом, мы можем, например, по ископаемым раковинам моллюсков, некогда обитавших в древнем море, установить его температуру. Нет сомнения, что физические методы определения времени, температуры, даже освещенности и давления будут сильно усовершенствованы. Тогда отложения горных пород и окаменелые палеонтологические остатки заговорят для нас совершенно иным языком — не косвенных сопоставлений и удачных догадок, а прямыми указаниями на период времени и общие физические условия, при которых они формировались.

Такова роль физики радиоактивных веществ и вообще физико-химии изотопов в будущем для геологии. Но не только этот раздел физики приобретает важное значение для познания нашей планеты. Разнообразные геофизические исследования уже сейчас подходят к решению больших задач геологии. Пока единственным способом познания глубин Земли является изучение преломления и отражения поперечных сейсмических волн. Эти колебания земной массы возникают в результате землетрясений и, пронизывая всю толщу земли, ведут себя по-разному на разных глубинах. По характеру прохождения волн можно судить о физическом состоянии и строении вещества, залегающего в недоступных недрах планеты на глубинах в тысячи километров. Можно производить искусственные сильные сотрясения с образованием поперечных сейсмических волн путем взрывов.

Менее глубокие зоны земной коры изучаются другими способами. Наблюдения над качанием очень чувствительных маятников, тщательно изолированных от всех внешних воздействий, устанавливают разницу между силой тяжести, вернее, ускорением силы тяжести в различных участках земной коры. По этому мы можем судить о различной плотности и других свойствах пород, образующих земную кору на глубинах до 120 км. Такие же и еще большие глубины достижимы для электрических зондирований земной коры постоянным током, которые также подводят нас к представлению о строении пород в основании гранитного слоя. Методы электрического и маятникового исследования еще несовершенны, однако дальнейшая работа в этом направлении обещает интересные открытия.

Еще в 1944 году я написал фантастическую повесть «Тень минувшего», высказав в ней, казалось, совершенно невозможную идею о существовании световых отпечатков-фотографий на поверхности различных слоев земной коры. Прослеживая отпечатки и перенося их на обычную фотографию, герой повести, ученый Никитин, получил изображения неслыханной древности — берега силурийского моря, каменноугольного болота, гигантского хищного динозавра…

Через два года оказалось, что идея отпечатков на поверхности горных пород не столь уже «безумна», так как физиком Габором была разработана теория голографии, т. е. как раз получение изображений в натуральных цветах без помощи фотоаппаратов и пластинок. Практическая неосуществимость голографии (как и «теней минувшего» в моей повести) вызывалась отсутствием в те годы достаточно мощного источника света. Теперь, с изобретением лазера, голография становится осуществимой, и кто может поручиться, что несколько лет спустя геологи в самом деле не станут, проявлять «тени минувшего» в осадочных горных породах,

К физическим исследованиям Земли как планеты, небесного тела примыкает астрофизика. Изучение развития разновозрастных планет, звезд, метеоритов дает нам возможность в известной мере восстановить ту часть истории Земли, которая не записана в геологической летописи — слоях земной коры и относится к эпохе начального образования Земли.

Понимая все глубже строение Солнца и работу его энергетической машины — ядерных реакций и превращений, мы подходим к представлениям о том, что работа этой атомно-энергетической машины теснейшим образом связана с жизненными процессами в биосфере. Влияние солнечных вспышек на здоровье и психику людей, на размножение бактерий и вирусов только сейчас становится понятным. Многие стихийные бедствия, эпизоотии, ураганы и смерчи связаны с деятельностью Солнца и, следовательно, в прошлом также могли отражаться на истории Земли и особенно ее живом населении. Периоды большего разогрева Солнца сопровождаются холодными, ледниковыми эпохами, как это имеет место в настоящее время. Метеорологи объясняют нам, как от усиления нагрева возрастает количество водяных паров. Состав атмосферы изменяется таким образом, что усиливается отражение излучения Солнца и общий климат Земли становится холоднее, несмотря на сильный нагрев самых верхних слоев атмосферы.

Восстановление истории солнечной радиации имеет первостепенное значение для истории Земли и жизни.

Такова в общих слоях перспектива познаний геологии методами физических наук. Здесь взяты лишь некоторые, кажущиеся сейчас главными из всего обилия намечающихся в последнее время задач и вопросов. Нет никакого сомнения, что действительные возможности открытий и разных путей исследования гораздо более широки. Но и в изучении непосредственного материала исторической геологии — геологической летописи как совокупности слоев земной коры, скрыто неисчерпаемое разнообразие.

Тонкие химические, спектроскопические и оптические анализы минералов, слагающих изверженные или метаморфические горные породы, приводят к определению температуры и давления в условиях образования пород. Изучение редких минералов и элементов дает пространственное распределение вулканических очагов и тех географических провинций, в которых образовывались эти породы. Осадочные породы таят в себе еще больше письмен земной истории.

Химический состав пород, размеры и формы зерен, содержание различных минералов, окраска, так же как и характер залегания и форма напластования отдельных слоев — все это требует подробнейшего изучения, так как отвечает на очень серьезные вопросы истории Земли. Остатки древней жизни — окаменелости также могут дать очень много для понимания условий образования горных пород.

Приведем примеры. Очень кропотливые, требующие большой настойчивости и терпения исследования были проведены на Урале известным советским геологом А. В. Хабаковым. Вдоль западного склона Урала на сотни километров тянутся выходы громадной серии пластов около 5 км толщины (мощности) древних конгломератов нижнепермской эпохи. Конгломератом называется порода, по существу представляющая окаменевший галечник — смесь галек и песка, превратившегося в крепкий песчаник. В песчанике сохранились следы очень тонких прослоек, располагающихся в породе в разных направлениях и называемых косой слоистостью. Профессор Хабаков произвел тысячи измерений этих маленьких прослоек и определил общее направление тех давно исчезнувших потоков, которые стекали с Уральского хребта 220 млн. лет тому назад, отлагая конгломераты.

Затем А. В. Хабаков со своими помощниками измерил расположение многих тысяч галек и валунов, произвел статистические подсчеты изменения формы галек, установил, как изменяется в определенном направлении величина галек разной крепости. Все эти измерения позволили А. В. Хабакову рассчитать, что вековая средняя скорость рек и потоков была около 2–3 м в секунду при довольно крутом уклоне русла. Предельная длина рек определилась в 90 км, средняя — в 70 км. Умножив среднюю длину рек на величину уклона русла, можно высчитать среднюю высоту Уральского хребта 220 млн. лет тому назад. Полученная высота гор — 2900 м. Следовательно, в отдаленную эпоху земной истории Уральский хребет был высоким горным кряжем!

Очень многие видели или нащупывали ногами во время купания на песчаном дне реки или морского пляжа ряды маленьких невысоких гребешков, изгибающихся в различных направлениях, но всегда параллельных друг другу. Это значки ряби — следы течения воды или движения волн. Очень похожие гребешки образуются от ветра и на поверхности песков, но их можно отличить от знаков водной ряби по профилю каждого отдельного гребешка.

Там, где открыты большие поверхности напластований горных пород, покрытых знаками ряби (например, во многих подмосковных каменоломнях есть такие песчаники каменноугольного периода), тщательные и многочисленные измерения направлений и ориентировки склонов гребешков ряби дадут там точные направления течений или ветра.

Так определили по плитам песчаника, образовавшегося из прибрежных песков в нижнепермскую эпоху (230 млн. лет назад), распределение тогдашних ветров. Составленная карта распределения ветров была передана метеорологам и там вычислили, где в то время находились горы, где равнина; установили их приблизительные размеры и расстояние до моря.

Так, по ничтожным, казалось бы, знакам на горных породах были восстановлены ветры, дувшие на берегу давно исчезнувшего моря, с гор, рассыпавшихся в песок 200 млн. лег тому назад!

Расположение и сохранность окаменелостей в горных породах являются для геолога знаками, письменами давно прошедших событий. В очень древних сланцах, известняках и песчаниках, образовавшихся в море нижнесилурийского времени около 400 млн. лет назад, находится множество остатков странных животных граптолитов. По образу жизни граптолиты были подобны современным свободно плавающим колониям морских животных — сифонофор, внешне схожих с медузами. Подобно сифонофорам, граптолиты двигались по направлениям морских течений и ветров в море. Многолетние измерения остатков граптолитов в разных местах, где находились нижнесилурийские морские отложения, дали картину их кольцевого расположения на огромном пространстве, центр которого оказался занятым кремнистыми сланцами, прежде бывшими глубоководными морскими илами. Здесь, в середине, воды моря были неподвижны, но вокруг существовал круговорот течений, приносивших и накоплявших остатки граптолитов. Оказалось, что на этом месте 400 млн. лет назад существовало глубокое море, окаймленное кругом течений, подобное теперешнему Саргассову морю в Атлантическом океане. В этом море середина тоже занята неподвижной массой густых водорослей, а течения вокруг приносят медуз, сифонофор и других не передвигающихся самостоятельно морских животных, стволы деревьев из тропических лесов, полузатонувшие обломки кораблей.

Мало этого, известно, что органы передвижения — газовые «колпаки» сифонофор отличаются асимметричными очертаниями. Это приспособление отбрасывает несомую течением сифонофору в краевую зону и не дает сразу загнать колонию животных в стоячие бухты или воды типа Саргассова моря, где она неминуемо погибнет, так как не сможет выбраться оттуда. Сила, отбрасывающая сифонофору, та же самая, что заставляет реки размывать один берег (правый или левый в зависимости от полушария планеты). Своим возникновением она обязана вращению Земли и называется Кориолисовой силой. Соответственно разному направлению действия Кориолисовой силы в Южном и Северном полушарии сифонофоры севера и юга различаются зеркально противоположной асимметрией несущих колпаков! Изучая асимметрию несущих. органов у граптолитов, есть возможность определить, откуда они явились, и также восстановить морские течения четырехсотмиллионлетней давности.

Детальное изучение всех «письмен» и «знаков», оставшихся в пластах земной коры от событий давно прошедших времен, от отдельного слоя к целым их толщам и от одного выхода к систематическому обследованию обширных пространств, дает нам возможность восстановить историю целых морей, озер и других элементов земных ландшафтов.

Но для того, чтобы понять значение письмен геологической летописи и разобраться в очерчиваемой ими общей картине, необходимо подробнейшим образом знать все детали проявления геологических процессов в настоящее время. Без изучения современных процессов мы не сможем вникнуть в детали явлений и понять даже в общих чертах те отличия, которыми характеризуется прошлое.

Выше уже говорилось, что наша планета отличается обилием воды — семь десятых ее поверхности залиты водой. Вода на земле размывает, разрушает материк и является главнейшей средой отложения осадочных горных пород.

С развитием геологических знаний мы приходим к выводу, что почти вся основная масса слоистых пород геологической летописи была отложена в воде. Поэтому очень важно проводить исследование дна морей и океанов с теми осадками, которые отложены на нем в геологически недавнее время, изучать устья больших рек, крупных озер и выяснять, в каких условиях накопляются в них осадки.

Океанические исследования при современной технике проникают в недоступные глубины не только вод океана, но и в его осадки. Скоростные методы исследований — ультразвуковое зондирование, определение радиоактивности, эхографы для записи кривой рельефа дна, быстроходные лебедки для подъема проб — позволяют обследовать огромные пространства.

Последние открытия океанологии дают более точные объяснения явлениям, встреченным в геологическом прошлом. Например, изучение дна Средиземного и Карибского морей, равно как и Индийского океана, показало, что огромные площади дна заняты вулканическими лавами и пеплами, неоднократно переслаивающимися с нормальными морскими осадками. В центральной части Средиземного моря дно перекрыто несколькими слоями вулканических туфов, чередующимися с морскими илами.

Становится понятным, в каких условиях отложены мощные толщи древних лав и туфов с глинистыми и кремнистыми сланцами на огромных пространствах Восточной Сибири. Подобные отложения, в которых переслаиваются лавы и обычные осадки, очень часто встречаются в геологической практике.

Открытие подводных каньонов — глубоко врезанных в материковые склоны подводных речных долин, заходящих на тлубины до 4 км, привело к пониманию, каким образом среди типичных морских осадков могут залегать отложения речного, материкового типа с остатками наземных животных и растений нагромождениями древесных стволов и скоплениями костей.

Можно предполагать, что многие толщи материковых отложений, сохранившиеся от древних эпох геологического прошлого, скопились в образованиях типа подводных каньонов.

Вместе с тем современные подводные каньоны указывают на значительные колебания уровня океанов или высоты материков, происходившие в очень недавнее геологическое время. О том же говорят так называемые плосковерхие банки Тихого океана — обширные подводные плоскогорья, поверхность которых находится на глубине около 2 тыс. метров.

Плоскогорья как формы рельефа не могли образоваться в неподвижной воде глубокого океана и представляют собой наземные образования, недавно погруженные под уровень моря.

Все эти наблюдения говорят о том, что значительные колебания земного рельефа это не только медленные процессы, происходившие в течение миллионов лет, а и гораздо более быстрые изменения. Непосредственные наблюдения над поднятием гор Азии и Кавказа, произведенные с помощью геодезических методов, подтверждают данные геологии моря.

Здесь уместно еще раз вернуться к научной фантастике. В 1930 году, почти сорок лет назад, в статье о новых методах изучения геологии морского дна были поставлены вопросы об извлечении коренных пород из океанических впадин, подводном фотографировании выходов этих пород и робко намекалось об использовании в отдаленном будущем телевизора. Статья, посланная в известный тогда теоретический немецкий журнал «Геологише Рундшау», была немедленно забракована крупнейшим специалистом по геологии морского дна Отто Пратье, Ученый утверждал, что мои измышления лишены всякого серьезного основания, потому что глубины морей не имеют течений и дно океанических впадин сплошь покрыто толстым слоем ила, без каких-либо выходов коренных пород. Я «утешил» себя много позже, написав фантастический рассказ «Атолл Факаофо» об использовании телевизора в изучении океанских глубин вместе с «лапами» для отрыва кусков коренных пород. Теперь этот рассказ уже не фантастика. Подводные телевизоры, кино и фотокамеры действуют вовсю, глубинные подводные лодки скоро начнут, геологическую съемку дна океана, а драги ниших советских океанологических кораблей уже вытащили на поверхность образцы горных пород из обрывов скал на многокилометровой глубине. В недалеком будущем изучение истории Земли и жизни достигнет еще более грандиозных успехов.

Определив геологическое время в самые различные эпохи земной истории, мы вычислим скорость образования углей, руд, солей, выразим цифрами темпы эволюции разных групп животных и растений, после чего удастся точно связать геологические процессы и изменения органического мира. Это сделает не только неоспоримой причинную связь между теми и другими, но и даст возможностъ понять, как отражаются на живом населении изменения условий существования.

Другими изотопами мы измерим температуры давно исчезнувших морей, глубин мрачных каменноугольных лесов, жарких южных степей четвертичного времени. Выясним условия освещенности земной поверхности и характер ее колебаний (с преобладанием то ультрафиолетовой, то рентгеновской или инфракрасной радиации), отражавшихся на климатических особенностях и жизни. На основе геологической истории палеонтологические изыскания приобретут большую точность и сравняются с другими биологическими науками.

Множество сейсмических станций будут прослушивать сердце земного шара, улавливая естественные волны землетрясения. Будут созданы специальные приборы интерферометры и «телескопы» сейсмических волн, которые раскроют тысячекилометровые глубины планеты, будто сказочный луч, делавший прозрачными камни. Глубокие зондирования земной коры электротоком и маятниками создадут ясное представление о строении фундаментов материков, дна океанических впадин, глубин залегания вулканических очагов, цоколей горных сооружений, помогут проследить рудообразование, без чего не сможет обойтись практическая геология будущего.

Глубокие подводные ущелья в склонах материков, где в океанских пучинах захороняются продукты разрушения и остатки наземной жизни, огромные дельты, накопляющие тысячеметровые толщи выносимых реками осадков, тектонические провалы, окаймленные барьерными рифами или вулканическими островами, широкие подводные разливы лав — вот те исполинские лаборатории природы, в которых создается сейчас геологическая летопись современной эпохи. Проникнув в тайны этих лабораторий, мы обратимся к прошлому.

Десятки тысяч химических анализов, наблюдений над залеганием слоев, расшифровка множества знаков геологических процессов прошлого в осадочных породах — все это восстановит для нас течения исчезнувших морей; глубины бухт и заливов (на месте которых сейчас высятся горные кряжи); полет ураганов, случавшихся десятки и сотни миллионов лет назад; движение ледников на заре геологической истории и многое, многое другое.

Задача исследования прошлого очень трудна. Но так же как с тяжелым подъемом на горные кручи перед нами развертывается все шире окружающий мир, так с изучением великой книги природы все глубже становится необъятная перспектива прошедшего времени. И величественная, захватывающая картина истории нашей планеты окрыляет нашу мысль.

История Земли и жизни — окно в космос

На пороге космической эры, в эпоху бурного развития всех отраслей наук, история Земли и жизни приобретает особо важное значение. От изучения поверхности земного шара исследователи переходят к происхождению, эволюции и дальнейшей судьбе нашей планеты как типичной носительницы жизни, на которой материя достигла наивысшей формы своего существования.

С первого взгляда трудно уловить связь между дисциплиной, изучающей отпечатки прошлой жизни, и устремляющимися в космические пространства науками о небе и превращениях материи во Вселенной.

Однако едва лишь перед человеком встали вопросы о жизни на других мирах, о братьях по разуму, нам стало очевидным, что ключ к научному решению этой проблемы могут дать исторические науки о Земле и жизни.

Каковы жизненные формы не только на планетах отдаленных звезд, но и на соседях Земли по солнечной системе? Не окажутся ли эти виды жизни настолько непохожими на наши, земные, что, даже если они будут разумны, мы никогда не поймем друг друга?

Тысячелетия господства антропоцентризма еще слишком глубоко пронизывали подсознательную сторону научного мышления, чтобы человек мог осознать сущность бесконечности пространства и времени и понять, что, признавая невообразимую глубину материального космоса, нельзя не допустить существования бесчисленных центров жизни.

Небывалый подъем научных исследований в 50-х и 60-х годах нашего века существенно изменил прежние представления. Однолинейная логика рассуждений сторонников уникальности жизни и человека как ее высшей мыслящей формы рассыпалась под лавиной множества новых открытий.

Успехи астрофизики опровергли уникальность солнечной системы и показали, что планеты у звезд не так уж редки, а в бесконечности Вселенной их число может быть чрезвычайно велико. Выявились закономерности в составе планетных атмосфер и их изменение во времени.

По-видимому, атмосфера первичных планет состояла из толстой оболочки легких газов и походила на атмосферу, наблюдаемую на больших планетах солнечной системы — Юпитере, Сатурне, Уране и Нептуне. Утечка водорода, метана и аммиака в космическое пространство под действием лучевого давления и солнечного нагрева в конце концов, как это было на Земле, позволила солнечной радиации проникнуть в воды океана и на поверхность планеты, создавая условия для фотосинтеза и затем для накопления свободного кислорода. В то же время первая метано-аммиачная атмосфера, насыщенная электричеством, при разрядах молнии могла продуцировать аминокислоты — эти первичные молекулы жизни. По другим взглядам, на заре существования земной атмосферы она имела значительное содержание цианистого водорода, также способствовавшего возникновению протоорганических соединений. Дальнейшая эволюция атмосферы шла под влиянием растительной жизни. Произошло накопление свободного кислорода.

Таким образом, данные геофизики и астрофизики позволили говорить о некоем едином первоначальном типе планетных атмосфер, ничем не мешающем возникновению жизни.

Уточненные данные о возрасте нашей планеты значительно увеличили прежние цифры. Есть основания считать, что возраст пород, слагающих древнейшие материковые щиты, порядка 5 — 6 миллиардов лет. После этого неудивительным было открытие в древних осадочных породах этих щитов, в частности южно-африканского, явственных остатков жизни, имеющих возраст около 2,5 миллиарда лет. Нет сомнения, что первичное появление начальных форм жизни совершилось еще раньше.

Чудовищная продолжительность первичных этапов развития жизни на Земле позволяет понять, как могло возникнуть то поразительное усложнение органических структур, которое необходимо для существования даже простейших организмов. Вместе с тем древность жизни свидетельствует о несокрушимой устойчивости процесса во времени и столь же неуклонной его направленности на усложнение и усовершенствование биологических механизмов.

Еще одно из важнейших открытий второй половины века — кибернетика вместе с теорией информации — сокрушило последние крепости антропоцентрического мышления.

Даже первые попытки создания саморегулирующихся и усовершенствующихся систем позволили представить историческое развитие наиболее сложных животных форм. Вычислительные машины приблизили нас к пониманию действия мозга и накопления в нем индивидуальной информации, а также впервые дали материалистическое объяснение инстинктам и рефлексам как информации, накопленной в течение исторического развития и закрепленной в наследственных механизмах.

Новейшие открытия точных наук и их применение в биологии подводят нас к представлению о жизни как неизбежной стадии развития материи везде, где для этого существуют подходящие условия и прежде всего достаточная длительность постоянства этих условий. Великое множество планет во Вселенной подразумевает возможность обилия населенных миров, а то, что мы узнали о механизмах регулировки и управления, заставляет думать, что появление мысли, разумных существ есть также неизбежное следствие длительного развития материи.

Теперь посмотрим, что скажет нам палеонтология с исторической геологией, т. е. фактическая документация пути исторического развития земной жизни на отрезке полумиллиарда лет от древнейших достоверных остатков до. наших дней.

Подобно истории человеческого общества, основывающейся на письменных документах, первые окаменелые остатки, могущие послужить для расшифровки строения древних организмов, принадлежат уже весьма сложным животным или растениям, вполне приспособленным к окружающей среде. Без всякого сомнения, это лишь вершина айсберга, выступающего над водой. «Вода» в этом случае — еще не менее 2 миллиардов лет предыстории, в течение которых образовались все главные группы животных, и растения, вероятно, уже начинали осваивать сушу.

Гигантские пробелы в геологической документации очень ограничивают наши возможности узнать первые этапы завоевания суши как растениями, так и животными. Тем не менее сумма палеонтологических данных дает нам общую картину постепенного усложнения и усовершенствования растительных и животных форм по мере хода геологического времени. Лестница этого восхождения непрерывна и последовательна, несмотря на вымирание одних групп, расцвет других или угнетенное, скрытое существование третьих.

Вместе с тем характер палеонтологической документации таков, что еще в недавнее время порождал представление о прерывистом, скачкообразном развитии жизни, о периодах расцвета, сменявшегося повсеместными катастрофами и массовыми вымираниями. Подобная картина возникала из-за непонимания особенностей хода эволюционного процесса. Приспособление к условиям существования путем естественного отбора мелких мутаций позволяло отдельным видам животных или растений (последних в несколько другом плане) процветать н обильно размножаться. В результате область или, точнее, та совокупность внешних условий обитания, которую биологи называют экологической нишей, заселялась все плотнее и плотнее, пока эта плотность не достигала критической точки. «Ниша» — меткое название, подразумевающее ограниченность места, вовсе не обязательно географическую, но гораздо чаще чисто биологическую. За пределами ниши не было ни пищи, ни других жизненно важных условий для вида, приспособленного именно к этой области. Неограниченное размножение в результате успешного приспособления вызывало голод или эпизоотию и массовую гибель процветающего вида. Подобную же массовую гибель вызывало и небольшое изменение режима внешней среды, к которому узкоприспособленные виды с большой численностью особей очень чувствительны.

Массовая смертность обусловливала образование больших скоплений остатков, заставляя нас воображать чудовищные катастрофы. Ввиду общей пространственной разорванности палеонтологической документации частные случаи казались распространенными чуть ли не по всему земному шару. На самом деле эти случаи нисколько не отражались на других видах, кроме связанных кормовой базой с гибнущими, и вовсе не означали серьезных потрясений нашей планеты.

Более того, неуклонное восхождение исторического развития от низших форм к высшим (считая высшими более сложные и более универсальные) вне всякого сомнения доказывает чрезвычайно длительную устойчивость среды обитания на поверхности нашей планеты, отражающую постоянство радиации Солнца и спокойное состояние вещества в недрах Земли. Особенно очевидно это для наземных организмов, незащищенных водой. Чтобы пройти путь от первичных рыбообразных позвоночных до высших млекопитающих, потребовалось около 400 млн. лет. За этот громадный промежуток времени наше светило ни разу не подвело наземную жизнь. Равным образом те триллионы километров, которые проделала наша Земля вместе со всей солнечней системой через пространства Галактики, не привели ни к каким губительным встречам. Хрупкие, чрезвычайно чувствительные в космических масштабах индикаторы — наземные животные и растения неоспоримо говорят об этом, подтверждая, что звезды типа нашего Солнца и системы, подобные солнечной, обладают стабильностью, исчисляющейся миллиардами лет, т. е. допускают развитие высших форм жизни.

Вторым, очень существенным фактом, наблюдаемым во всей великой истории жизни, является та направленность ее развития, о которой говорилось ранее. Эволюция не идет в любом случайном направлении. Всякое существенное усовершенствование организмов вызывает новую «вспышку» образования видов, во время которой прежние «экологические ниши» заселяются новыми видами, лучше организованными, чем прежние, уничтожаемые естественным отбором. Однако количество этих ниш на поверхности Земли ограничено. В результате проявляется конвергенция, т. е. принятие разными организмами похожей формы, образа жизни, питания и поведения.

Общеизвестны ихтиозавры — ископаемые морские пресмыкающиеся, чрезвычайно похожие на дельфинов, появившихся на полтораста миллионов лет позже. Но мало кто знает, что аналогичные змеям формы земноводных существовали уже в каменноугольных лесах около 300 млн. лет назад, а крокодилообразные имеют еще более почтенный возраст. С тех пор внешний облик крокодилов принимали неоднократно в разные геологические эпохи различные группы вымерших пресмыкающихся. Современные крокодилы — это довольно высокоорганизованные животные с почти четырехкамерным сердцем, сложной системой терморегуляции и глазами, которые приспособлены как к дневному, так и к ночному освещению.

Чем выше по лестнице исторического развития жизни поднимаемся мы, приближаясь к нашему времени, тем чаще и глубже конвергенция. Можно упомянуть об ископаемых млекопитающих Южной Америки, разобщенной со странами Евразии и Африки, похожих на млекопитающих так называемого Старого Света. Южноамериканские копытные, принадлежащие к совершенно особенным древним группам, дали похожие на животных Старого Света верблюдообразные, кабанообразные, лошадеобразные, даже хоботные формы. Лошадеподобные литоптерны по строению ног («однопалостн») ушли дальше лошадей, но отстали в отношении совершенства зубной системы.

Самым поразительным животным Южной Америки, найденным в уже очень позднее геологическое время, является тилакосмилус, повторивший во всех чертах строения саблезуба смилодона, но принадлежащий к совершенно иному, низшему подклассу млекопитающих — сумчатым. Сумчатые Австралии тоже повторяют главные группы высших млекопитающих — плацентарных Старого Света — грызунов, волков, тигров, медведей.

Приспособления, отличающие целые классы и подклассы у более поздних животных, возникали как отдельные признаки очень давно и у самых отдаленных и несходных групп. Так, например, скорпионы имеют в основании своих конечностей особые камеры, где зародыши прикреплены к плацентоподобному образованию, отличающему самых высших млекопитающих — плацентарных. Это высокая степень охраны эмбрионов. Двуглазое (бинокулярное) зрение, отличающее человека, появляется даже у моллюсков (осьминогов), а затем и у целого ряда пресмыкающихся, птиц, не говоря уже о многих млекопитающих.

Постоянство температуры тела по всем данным появилось у пресмыкающихся около 200 млн. лет тому назад. Но в том или ином виде высокая энергетика теплокровного организма есть у некоторых рыб, типа меч-рыбы или парусника, т. е. возникает как частный случай у еще очень примитивных животных. Молоко как средство выкармливания детенышей известно у некоторых птиц и даже рыб, не говоря уже о самых древних яйцекладущих млекопитающих типа утконоса. Наконец, недавние исследования показали, что объем и сложные извилины мозга, превосходящие таковые у человека, есть у китообразных и появились примерно на 15 млн. лет раньше.

Здесь приводится лишь несколько наглядных примеров, общее число которых громадно. Остается сказать хотя бы об одной наиболее типичной конвергенции наземных растений — облик дерева с ветвями и органами фотосинтеза появляется уже с первых этапов развития крупных наземных форм. Каменноугольные сигиллярии уже очень похожи на современные деревья, хотя они гораздо ближе к плауновым мхам (современный ликоподий). Даже пневматофорьг или дыхательные выросты корней сигиллярий по существу ничем не отличаются от современных болотных кипарисов или авиценний, растущих в заливаемых морем прибрежных мангровых лесах, т. е. в такой же обстановке, в какой обитали 300 и более миллионов лет назад сигиллярии.

На протяжении сотен миллионов лет истории жизни и растения и животные наделяются не только внешне похожими чертами. Еще ближе сходство органов чувств, нервной и гормональной регулировки. В похожих условиях обитания вырабатываются и одинаковые черты поведения. Эти аналогичные конструктивные решения показывают, что эволюция, так сказать, ставит перед организмами одни и те же задачи, а следовательно, имеет направленность. По существу в этом нет ничего удивительного, ибо главные условия внешней среды, к которым приспособляются организмы, условия поверхности нашей планеты и общие закономерности жизни просуществовали, как мы говорили ранее, около миллиарда лет.

Энергетические уровни биологических машин-организмов жестко лимитированы. Для каждой ступени повышения энергетики живых существ требуются миллионы лет. Энергозапасы, скажем, в печени пресмыкающегося, примерно в 50 раз меньше, чем у высшего млекопитающего. Поэтому длительность бега по суше у крокодила просто несоизмерима с многочасовым бегом волка, льва, копытного. Высокая энергетика, естественно, имеет оборотную сторону: резко повышается потребность в пище, укорачивается продолжительность жизни. Все это как бы огораживает жизнь неодолимыми стенами необходимости, направляющим коридором естественного отбора. Из него только один выход — дальнейшее усовершенствование организма в сторону большей независимости от внешней среды. Частная приспособляемость, как подтверждает история жизни на Земле, это лишь только временный успех, за которым идет расплата — массовая гибель, позднее — вымирание при перенаселении экологической ниши, исчерпание ее узкой кормовой базы (или изменение условий обитания). В полном соответствии с описанным ходом исторического развития мы наблюдаем в геологической летописи остатки двоякого рода животных групп. Одни, составляющие главную массу окаменелостей в том или другом слое, принадлежат к узкоприспособленным, но численно очень распространенным видам. Другие, гораздо более редкие, отличаются внешне как бы примитивным обликом, скрывающим высоту организации.

Этот, давно известный характер палеонтологической документации, заставил исследователей предположить, что существуют два пути исторического развития жизни (эволюционного прогресса); адаптация, приспособление к местным и временным, частным условиям жизни и общее усовершенствование организма: его усложнение, универсализация действия, повышение энергетики и защищенности от влияния внешней среда. Это две дороги эволюции: одна — адаптивная радиация — постоянно заводит группы животных в тупики, кончающиеся вымиранием, а другая ведет к непрерывному восхождению, к наибольшему совершенству организма.

Нетрудно видеть, что на самом деле оба «пути» — лишь две стороны одного и того же диалектического процесса, в котором великая необходимость усовершенствования организма проявляется через сумму случайных адаптаций. Слепая сила естественного отбора становится «зрячей» в том смысле, что получает направленность, непрерывно действующую в течение всей огромной длительности органической эволюции на Земле.

Необходимость исторического развития заключается в приобретении наибольшей независимости от внешней среды — того самого гомеостазиса, без которого не может быть накопления и хранения информации, абсолютно необходимой для выживания. Чем «прочнее» и длительнее гомеостазис, тем больше информации накапливается в индивиде, тем более он универсален, пригоден для жизни в разных условиях, тем менее зависит от узких экологических ниш. Совершенно очевидно, что, кроме общей защищенности организма от потери влаги, изменений температуры и давления, солнечной радиации и т. п., помимо способности преодолевать чисто механические препятствия, универсальная форма животного должна еще обладать умением разыскивать и распознавать пищу в ее разных видах и условиях среды, а для этого запоминать множество данных.

Универсальность (эврибионтность) неминуемо требует развития куда более многосторонних качеств, чем для частного приспособления и прежде всего достаточной мускульной силы, запасов энергии внутри организма, мощных органов чувств и механизмов управления, т. е. нервно-гормональной системы. Отсюда неизбежно возникновение большого мозга, который в свою очередь требует повышенной энергетики, поскольку его деятельность немыслима без усиленного питания.

Сказанное не представляет собой чего-либо нового, но в применении к историческому развитию жизни делает понятным и обязательное появление интеллекта у высших форм, и ту упорную борьбу за независимость от среды обитания, какую вели неисчислимые поколения растений и животных, прошедшие за миллиарды лет по нашей планете.

И еще одно — никакой скороспелой разумной жизни в низших формах, вроде плесени, грибов, растений, крабов, тем более мыслящего океана быть не может. Это, впрочем, знали еще 2 тыс. лет назад. «Нет разума для несобранного, — восклицает индийский поэт-философ, — и нет для несобранного творческой мысли…»

Чтобы осмысливать мир, надо уметь видеть и запоминать все его неисчерпаемое разнообразие и, мало того, еще пользоваться его законами для борьбы за жизнь.

Если окинуть взглядом все многообразие растительного и животного мира нашей планеты, как вымершего так и ныне живущего, то придется признать, что на поверхности одной единственной планеты, в одних и тех же условиях внешней среды развились многочисленные формы, заполнившие все пригодные для жизни области обитания. Не утомляя читателя перечислением, упомяну лишь о наглядных отклонениях: таящихся в глубинах океана погонофорах — особенных животных, приспособившихся переваривать пищу между щупальцами; о животных и растениях высших степеней симметрии — шаровидных многолучевых, пятилучевых; морских лилиях, повторяющих форму растений, но снабженных покровными известковыми пластинками и щупальцами, иными словами, животных, настолько отличных от основной массы обитателей Земли, как будто они появились с другой планеты.

Внешняя форма животных, живущих колониями, — кораллов, мшанок, сифонофор для нас столь же странна, как и чудовищно-механическая организация членистоногих. Чем совершеннее становятся методы исследования, тем больше мы узнаем о сложности приспособления и соотношения животных и растений с окружающей средой. Звуколокации летучих мышей и дельфинов; электролокации рыб; ориентировки: гравитационные у мечехвостов, кориолисовой силой у птиц или поляризованным светом у насекомых — все это лишь случайно взятые примеры.

В общем история органического мира Земли показывает очень примечательную особенность — чрезвычайное разнообразие низших форм, превосходящее наши фантазии о возможных формах жизни на других планетах и резко контрастирующее с ним подобие высших форм животных с повторением однотипных конвергенций. Если сравнить лестницу эволюции жизни с ленинской спиралью развития, какой по существу она и является, то спираль будет широкой в основании и очень узкой в вершине. Размахи витков ее по мере хода времени становятся все меньше и спираль скручивается теснее.

Можно допустить, что общие законы, действовавшие и действующие в процессе исторического развития жизни на Земле, те же самые, как и на планетах отдаленных звезд. Если принять с очень большой долей вероятности, что белково-кислородно-водяная жизнь наиболее распространена во Вселенной, то мы должны изучать нашу планету как гигантскую лабораторию эволюции жизни на пути ее самоусовершенствования. Фактические наблюдения в этой лаборатории, т. е. изучение палеонтологических документов и их сопоставление с биологией ныне живущих форм, позволят нам понять и даже предсказать ход развития жизни в иных мирах.

Ныне начинается новый этап палеонтологии. Благодаря успехам физических наук и кибернетики обратная связь организмов со средой и формирующая роль условий обитания уже не является для нас загадкой и направленный характер эволюции более не требует признания каких-то особых сил. Более того, с полным основанием мы можем рассматривать палеонтологию как ключ будущего, помогающий открывать причинные связи в строении живых существ, а следовательно, и проблемы сохранения диалектического равновесия в биологии организмов и вообще всей живой природы.

Таблица геологического времени

Content

Иван Антонович Ефремов,
доктор биологических наук, профессор
Тайны прошлого в глубинах времен

Что такое геологическая летопись

Как научились читать историю земной коры

Процессы накопления осадков на поверхности Земли

Осадочные породы — документы прошлого Земли

Общие изменения поверхности Земли

Неполнота геологической летописи

Новые методы исторической геологии

История Земли и жизни — окно в космос

Таблица геологического времени